幾何学的フラストレート磁性体における異常基底状態の探索

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21740261
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 東中 隆二 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (30435672)
• Keywords: 幾何学的フラストレーション / パイロクロア酸化物 / スピンアイス / カゴ状構造 / 重い電子状態 / 四極子近藤効果

Research Abstract

パイロクロア酸化物Tb_2Ti_2O_7は、θ_<cw>～-14Kのキュリーワイス温度を持つにも関わらず20mKまで長距離秩序を示さず、スピン液体状態を実現していると考えられているが、詳細な基底状態はまだ理解されていない。最近、この物質の基底状態は、結晶場第一励起状態の混成によって古典的なスピンアイス配置状態が量子力学的に重ね合わさった状態で表現される、量子スピンアイス状態であるという理論的な提案がなされた。昨年度の我々の極低温磁化測定実験より本研究物質においてもスピンアイス同様異方的な磁化を観測し、幾何学的フラストレーションを示唆する磁気プラトーが存在することを確認した。それより、ほぼ間違いなく量子スピンアイス状態が実現していることを明らかにしたが、その描像では一見説明できない異常がまだ存在する。本年度は、[100],[110],[111]方向の極低温磁場中比熱測定を行い、量子スピンアイス状態の詳細の研究を行った。その結果、通常のスピンアイスと類似した磁気温度相図を示すことを見出し、未解明であった異常が量子スピンアイス状態への相転移である可能性を示唆する実験結果を得た。
また、それ以外に、カゴ状構造と幾何学的フラストレート構造が共存する系RT_2Al_<20>の系に注目し、R=La,Pr,Sm,Ybの化合物の純良単結晶育成に成功した。その中の一つのPrNb_2Al_<20>において非磁性基底状態を持つにもかかわらず重い電子状態を示すことを発見し、強相関電子系の物性研究の一つのトピックである四極子近藤効果が高密度系で実現している可能性を示唆する実験結果を得た。

Research Products

• [Journal Article] Response of Itinerant-Electron Weak Ferromagnet LaFe_4As_<12> to Pressure and Magnetic Field (2010)
  • Author(s): Tatsuoka, M.Watanabe, B.Suemitsu, Y.Ogawa, A.Yamada, K.Matsubayashi, Y.Uwatoko, R.Higashinaka, Y.Aoki, T.Namiki, K.Kuwahara, H.Sato
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 79 Pages: 063704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transport Properties in Filled Skutterudite GdRu_4P_<12> (2010)
  • Author(s): M.Watanabe, K.Tanaka, S.Tatsuoka, T.Saito, R.Miyazaki, K.Takeda, T.Namiki, K.Kuwahara, R.Higashinaka, Y.Aoki, H.Sato
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series Volume: 200 Pages: 102222
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Current understanding of the heavy fermion superconductivity in PrOs_4Sb_<12> (2010)
  • Author(s): H.Sato, K.Tanaka, D.Kikuchi, T.Namiki, R.Higashinaka, Y.Aoki, M.Kohgi, H.Sugawara, K.Kuwahara, K.Iwasa
  • Journal Title: PhysicaC Volume: 470 Pages: S525
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pr deficiency effect on the heavy fermion superconductor Pr_xOs_4Sb_<12> (2010)
  • Author(s): Y.Aoki, A.Imamura, R.Miyazaki, T.Saito, R.Higashinaka, I.Umegaki, T.Fukuhara, H.Sato
  • Journal Title: PhysicaC Volume: 470 Pages: S545
  • Peer Reviewed
• [Presentation] カゴ状物質RNb_2Al_<20>の単結晶育成と低温物性測定 (2011)
  • Author(s): 東中隆二、中間章浩、宮崎亮一、青木勇二、佐藤英行
  • Organizer: 日本物理学会 第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学 五十嵐キャンパス
  • Year and Date: 20110325-20110328
• [Presentation] PrT_2Al_<20>(T=Mo,Ta,W)の単結晶育成と物性測定 (2011)
  • Author(s): 中間章浩、東中隆二、青木勇二、佐藤英行
  • Organizer: 日本物理学会 第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学 五十嵐キャンパス
  • Year and Date: 20110325-20110328
• [Presentation] カゴ状物質PrNb_2Al_<20>の単結晶育成と低温物性測定 (2010)
  • Author(s): 東中隆二、中間章浩、末光文也、宮崎亮一、青木勇二、佐藤英行
  • Organizer: 第4回物性科学領域横断研究会「凝縮系科学の最前線」
  • Place of Presentation: 東京大学 武田ホール
  • Year and Date: 20101113-20101115
• [Presentation] Single crystal growth and low temperature properties of RNb_2Al_<20>(R=La,Pr) (2010)
  • Author(s): R.Higashinaka, A.Nakama, M.Ando, M.Watanabe, Y.Aoki, H.Sato
  • Organizer: International Conference on Heavy Electron ICHE 2010
  • Place of Presentation: Tokyo Metropolitan University, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 20100917-20100920
• [Presentation] Single crystal growth and physical properties of YbT_2Al_<20>(T=Ti,V,Cr) and PrNb_2Al_<20> (2010)
  • Author(s): R.Higashinaka, A.Nakama, R.Miyazaki, M.Ando, M.Watanabe, Y.Aoki, H.Sato
  • Organizer: 新学術領域「重い電子系の形成と秩序化」ワークショップ:希薄f電子格子系の新しい秩序
  • Place of Presentation: 高知大学 朝倉キャンパス
  • Year and Date: 20100801-20100802
• [Presentation] Magnetic and transport properties of RT_2Al_<20>(R=rare earth, T=Ti,V,Cr and Nb) (2010)
  • Author(s): R.Higashinaka, A.Nakama, M.Ando, M.Watanabe, Y.Aoki, H.Sato
  • Organizer: Strongly Correlated Electron Systems SCES2010
  • Place of Presentation: Santa Fe convention center, New Mexico, USA
  • Year and Date: 20100627-20100702
• [Presentation] カゴ状物質RNb_2Al_<20>(R=La,Pr)の単結晶育成と低温物性測定 (2010)
  • Author(s): 東中隆二、中間章浩、安藤誠、渡辺慎、青木勇二、佐藤英行
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学 中百舌鳥キャンパス
  • Year and Date: 2010-09-23
• [Presentation] YbT_2Al_<20>(T=Ti,V,Cr)の単結晶育成と物性測定 (2010)
  • Author(s): 中間章浩、東中隆二、安藤誠、渡辺慎、青木勇二、佐藤英行
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学 中百舌鳥キャンパス
  • Year and Date: 2010-09-23