2018 Fiscal Year Annual Research Report
Systematic studies of field-induced quantum phases in kagome lattice antiferromagnets
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18H01179
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
植田 浩明 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10373276)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
道岡 千城 京都大学, 理学研究科, 助教 (70378595)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁性 / フラストレーション / 磁化プラトー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の対象であるカゴメ格子をもつ秩序型変型パイロクロアフッ化物は，二種類の一価の非磁性イオンと一種類の三価の磁性イオンを含む．昨年度は三価の磁性イオンとしてチタンイオン，バナジウムイオン，クロムイオンを選び，これらと様々な一価の非磁性イオンの組み合わせにおいてフッ化水素を用いた溶液法を適用することによって新物質の探索を行った．
チタンを含むものに関しては，新たに三つの化合物の合成に成功した．この中で，二種類については単結晶が得られず，結晶構造の詳細は明らかになっていないが，粉末試料を用いて磁性の測定を行い，強磁場下での磁化プラトーを観測した．残りの一種類は，単結晶の育成にも成功し，その結晶構造の解析および基礎物性の測定も行った．強磁場下で二段階の磁化プラトーを示すことが明らかになった．さらに，結晶構造をもとにして最近接スピン間の交換相互作用を見積もったところ，反強磁性的な相互作用以外に強磁性的な相互作用も含まれていることが示され，そのために比較的低い磁場で強磁場下において，磁気転移が起こっていると考えられる．この物質については，論文を執筆中である．
一方，バナジウムやクロムでは，目的の結晶構造の物質は今のところ得られていないが，溶液法では水和物が得られる傾向が高いことが明らかになって来ている．結晶構造がまだ判明していないものもあるが，少なくともバナジウムイオンを含む三つの新物質を得ることに成功し，これらの磁性についても研究中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
カゴメ格子をもつ秩序型変型パイロクロアフッ化物について，フッ化物の合成にしばしば用いられる固相合成法に加えて，フッ化水素を用いた溶液合成法を用いて新物質の探索を行った．その結果，三価のチタンイオンを含む三つのカゴメ格子フッ化物の新物質を発見した．この中で，二種類については単結晶が得られず，結晶構造の詳細は明らかになっていないが，粉末試料を用いて磁性の測定を行い，強磁場下での磁化プラトーを観測した．残りの一種類については単結晶が得られたので，構造解析およびマクロ物性の測定を行うことに成功し，強磁場下で二段階の磁化プラトーを発見した．構造解析の結果を元に，最近接スピン間の交換相互作用を見積もったところ，反強磁性的な相互作用以外に強磁性的な相互作用も含まれていることが分かった．そのために比較的低い磁場で強磁場下において，磁気転移が起こっていると考えられる．
上で述べたカゴメ格子フッ化物以外に，バナジウムイオンを含む新物質を三つ発見した．これらについては構造解析および磁性の測定を行った．それ以外にも，粉末試料しか得られていないが，いくつかの新物質の候補も得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
チタンイオンを含むカゴメ格子フッ化物は，一価の非磁性イオンが大きいほど，カゴメ格子の歪みが小さい傾向にあることが，これまでの我々の研究や，最近接スピン間の交換相互作用の計算などから示されている．昨年度新たに得られた，結晶構造の詳細が明らかになっていない二種類の化合物は，大きな一価の非磁性イオンを含んでおり，カゴメ格子の歪みが小さいと予想される．これらのに関しては，その構造解析のために単結晶の育成を試みる．また，単結晶が得られない場合には，これらの物質群に対して，フッ素のNMRの測定を行い，フッ素のサイト数などから，結晶構造の推定を行う．
バナジウムとクロムについては，水和物の生成が目的であるカゴメ格子フッ化物の生成を阻害している可能性が示されたので，水和物ができにくい条件において，新規なカゴメ格子フッ化物の合成を試みる．これと並行して，昨年度に試すことができなかったイオンの組み合わせから，新たな物質の合成も試み，得られた物質について，低温の基礎物性や強磁場下での磁化測定などを行う予定である．
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