Pressure-Induced Magnetically Ordered State and Critical Phenomena in the vicinity of the phase Transition of Single-Ground-State Quantum Mangnets

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K05414
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 栗田 伸之 東京工業大学, 理学院, 助教 (80566737)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 基底一重項量子磁性体 / 圧力誘起量子相転移 / 磁気励起 / 臨界現象

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、基底一重項磁性体における圧力誘起秩序相の秩序状態及び相転移点近傍での臨界現象を実験的に明らかにすることである。前年度までに行ったCsFeCl3の圧力下磁化・μSR・弾性中性子測定により、本物質では臨界圧力Pc=0.9 GPa以上の圧力領域で磁気秩序相が出現すること、及びその磁気構造が120°スピン構造であることが明らかになった。一方、常圧で磁気秩序を示す関連物質RbFeBr3の場合は、圧力印加により1.0 GPa以上の圧力領域で磁気秩序が消失することを明らかにした。これらの結果は、CsFeCl3と同様にRbFeBr3においても圧力印加が強磁性的な鎖内の交換相互作用を増強する役割を担うことを示している。最終年度である本年度は、CsFeCl3の圧力下非弾性中性子散乱測定により磁気励起の直接観測に成功した。臨界圧力Pc=0.9 GPa以下のスピンギャップ相では、圧力印加に伴い磁気励起のソフト化が観測された。これはギャップの大きさが圧力印加により抑制されていることの直接的な証拠であり、圧力下磁化測定の結果とも整合する。また、Pc以上の磁気秩序相においてはギャップを有する磁気励起とギャップレスな磁気励起の双方が観測された。この特異な磁気励起スペクトルの起源に関して、理論研究との比較議論を含めた内容を論文にまとめ学術雑誌への投稿を行った。加えて、基底一重項磁性体Ba2MSi2O6Cl2(M=Co,Cu)の中性子非弾性散乱測定の研究成果についても論文執筆・学術雑誌への投稿を行った。

Research Products

• [Journal Article] Triplon band splitting and edge states in the quantum dimer compound Ba2CuSi2O6Cl2 (2018)
  • Author(s): K. Nawa, K. Tanaka, N. Kurita, T. J. Sato, H. Sugiyama, H. Uekusa, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, S. Itoh, K. Kuwahara, and H. Tanaka
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10091-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantum magnetic properties of the spin-1/2 triangular-lattice antiferromagnet Ba2La2CoTe2O12 (2018)
  • Author(s): Y. Kojima, M. Watanabe, N. Kurita, H. Tanaka, A. Matsuo, K. Kindo, M. Avdeev
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Pages: 174406 (1-6)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.174406
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Valence-Bond-Glass State with Singlet Gap in the Spin-1/2 Square-Lattice Random J1-J2 Heisenberg Antiferromagnet Sr2CuTe1-xWxO6 (2018)
  • Author(s): M. Watanabe, N. Kurita, H. Tanaka, W. Ueno, K. Matsui, and T. Goto
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Pages: 054422 (1-6)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.054422
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Majorana quantization and half-integer thermal quantum Hall effect in a Kitaev spin liquid (2018)
  • Author(s): Y. Kasahara, T. Ohnishi, Y. Mizukami, O. Tanaka, S. Ma, K. Sugii, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • Journal Title: Nature Volume: 559 Pages: 227-231
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0274-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unusual thermal Hall effect in a Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3 (2018)
  • Author(s): Y. Kasahara, K. Sugii, T. Ohnishi, M. Shimozawa, M. Yamashita, N. Kurita, H. Tanaka, J. Nasu, Y. Motome, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 120 Pages: 217205 (1-6)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.217205
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure-induced quantum phase transition in quantum antiferromagnet CsFeCl3 (2018)
  • Author(s): S. Hayashida, O. Zaharko, N. Kurita, H. Tanaka, M. Hagihala, M. Soda, S. Itoh, Y. Uwatoko, and T. Masuda
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Pages: 140405(R)(1-4)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.140405
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 3次元量子反強磁性体Sr8Co3WSb4O24の合成と磁性 (2019)
  • Author(s): 児島佑樹，栗田伸之，田中秀数
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 三角格子反強磁性体Ba2La2FeTe2O12の結晶構造と低温磁性 (2019)
  • Author(s): 齋藤睦己，栗田伸之，田中秀数
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 新規S=1/2正方格子ランダムJ1-J2ハイゼンベルク反強磁性体SrLaCuSb1-xNbxO6の低温量子磁性 (2019)
  • Author(s): 渡邊正理，栗田伸之，田中秀数
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] スピン1/2三角格子Heisenberg反強磁性体Ba3CoSb2O9の磁気励起 (2018)
  • Author(s): 栗田伸之
  • Organizer: 基研研究会「スピン系物理の最前線」
• [Presentation] 二次元スピン1/2三角格子反強磁性体Ba2La2CoTe2O12の磁気秩序と量子効果 (2018)
  • Author(s): 児島佑樹, 渡邊正理, 栗田伸之, 田中秀数, 松尾晶, 金道浩一, Maxim Avdeev
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] S=1三角格子反強磁性体Ba2La2NiTe2O12の低温量子磁性 (2018)
  • Author(s): 齋藤睦己, 渡邊正理, 栗田伸之, 田中秀数, 松尾晶, 金道浩一, Maxim Avdeev
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 面心立方格子反強磁性体 ALaCoSbO6 (A = Sr, Ba) の量子磁性 (2018)
  • Author(s): 高橋佳歩, 渡邊正理, 栗田伸之, 田中秀数, 松尾晶, 金道浩一
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] フラストレーションの強いスピンダイマー系磁性体Ba2CoSi2O6Cl2の局在励起 (2018)
  • Author(s): 栗田伸之
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] S=1/2正方格子ランダムJ1-J2ハイゼンベルク反強磁性体の低温比熱 (2018)
  • Author(s): 渡邊正理, 栗田伸之, 田中秀数
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 有機化合物DPPHの低温強磁場磁化測定及び比熱測定 (2018)
  • Author(s): 白澤一樹, 栗田伸之, 田中秀数, 野尻浩之, 松本信洋
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 蜂の巣格子磁性体α-RuCl3の集団励起 (2018)
  • Author(s): 栗田伸之, 竹田隆二, 野尻浩之, 田中秀数
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Pressure-induced Quantum Phase Transition in Singlet Ground State Magnet CsFeCl3 Investigated by Neutron Scattering (2018)
  • Author(s): S. Hayashida, M. Matsumoto, N. Kurita, H. Tanaka, Y. Uwatoko, S. Itoh, M. Soda, T. Hong, O. Zaharko, and T. Masuda
  • Organizer: 21st International Conference on Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Low-temperature and high-magnetic-field ESR study of honeycomb-lattice quantum magnet α-RuCl3 (2018)
  • Author(s): N. Kurita, R. Takeda, H. Nojiri, and H. Tanaka
  • Organizer: 21st International Conference on Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Universality of magnetic-field-induced Bose-Einstein condensation of magnons in the singlet ground state magnet CsFeBr3 (2018)
  • Author(s): K. Shirasawa, N. Kurita, and H. Tanaka
  • Organizer: 21st International Conference on Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantum-Disordered Ground State with Singlet Gap of the Spin-1/2 Square-Lattice Random J1-J2 Heisenberg Antiferromagnet Sr2CuTe1-xWxO6 (2018)
  • Author(s): M. Watanabe, N. Kurita, H. Tanaka
  • Organizer: 21st International Conference on Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Valence-Bond-Glass Ground State and Singlet Gap in the Spin-1/2 Square-Lattice Random J1-J2 Heisenberg Antiferromagnet Sr2CuTe1-xWxO6 (2018)
  • Author(s): M. Watanabe, N. Kurita, H. Tanaka
  • Organizer: 9th International Conference on Highly Frustrated Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crystal Structure and Quantum Magnetism of Spin-1/2 Triangular-Lattice Antiferromagnet Ba2La2CoTe2O12 (2018)
  • Author(s): Y. Kojima, M. Watanabe, N. Kurita, H. Tanaka, A. Matsuo, and K. Kindo
  • Organizer: 9th International Conference on Highly Frustrated Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Successive magnetic phase transitions and magnetization plateau in the spin-1 triangular-lattice antiferroagnet Ba2La2NiTe2O12 (2018)
  • Author(s): M. Saito, M. Watanabe, N. Kurita, H. Tanaka, A. Matsuo, and K. Kindo
  • Organizer: 9th International Conference on Highly Frustrated Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Localized magnetic excitations of the strongly frustrated dimerised quantum magnet (2018)
  • Author(s): N. Kurita, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, D. Yamamoto, T. Kanesaka, N. Furukawa, and H. Tanaka
  • Organizer: 9th International Conference on Highly Frustrated Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure of Magnetic Excitations in a Spin-1/2 Triangular-Lattice Heisenberg Antiferromagnet Ba3CoSb2O9 (2018)
  • Author(s): H. Tanaka, S. Ito, N. Kurita, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, S. Itoh, K. Kuwahara, and K. Kakurai
  • Organizer: 9th International Conference on Highly Frustrated Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Localized magnetic excitations in the S = 1/2 fully frustrated dimer compound Ba2CoSi2O6Cl2 (2018)
  • Author(s): N. Kurita, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, D. Yamamoto, T. Kanesaka, N. Furukawa, and H. Tanaka
  • Organizer: ISSP WORKSHOP Present and Future of Neutron Scattering Research on Condensed Matter Physics
  • Int'l Joint Research