2015 Fiscal Year Research-status Report
フラストレートした磁性体における量子スピン液体の研究
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25400345
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
門脇 広明 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (70194876)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 磁性 / フラストレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、量子スピン液体状態だろうと言われているフラストレートした磁性体 Tb2Ti2O7 の基底状態を実験的に究明することである。研究当初に以下の仮説を立てた。この系は Tb{2+x}Ti{2-x}O{7+y} と書くべきものであり微小な x (and y) に依存して基底状態が変化する。x > x_c = -0.002 では、0.5 K 付近で電気的４極子秩序が起こると同時に微小磁気モーメントの反強磁性体になる。一方 x < x_c では、この系はスピンと電気的４極子の両者が量子力学的に揺らいだ液体的基底状態になる。
この仮説を検証するには、 Tb{2+x}Ti{2-x}O{7+y} の純良単結晶を育成することが最重要課題であり、2013 年度に、数 mm 程度の大きさの長距離秩序を持つ（x > x_c）純良単結晶を育成することに成功した。2014 年度にはこの単結晶を用い、比熱、磁化、中性子回折を用いた実験と解析を行い、これらの結果を 2015 年度にいくつかの論文にまとめて発表した。ここで得た結論は、Tb{2+x}Ti{2-x}O{7+y} は電気的４極子秩序状態と U(1) 量子スピン液体状態の境界付近に位置しているということである。
2015 年度は、ついに大型の量子スピン液体になる状態純良単結晶を育成成功した。2015 年 11 月には、ILL-IN5 で中性子非弾性散乱を行ない、現在この実験結果を解析中である。理論上の候補である U(1) 量子スピン液体状態が実現しているかどうか？非常に興味深い。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
中性子非弾性散乱実が可能な大型純良単結晶の育成に予想外の時間がかかり、研究課題の進捗状況は約１年ほど遅れていた。その後、2015年度に大型純良単結晶が育成できたので、現在は順調に進んでいる状況です。
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| Strategy for Future Research Activity |
育成した大型単結晶を用い、予定のとおり中性子散乱実験＆解析に邁進する。幸いにも 2016 年 2 月に提出した ILL の中性子ビームタイム申請が認められたので、早急に実験を行うように希望している。
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| Causes of Carryover |
2014 年度の達成度にも記したように、大型の純良単結晶育成に時間がかかり、研究計画に１年ほど遅れが生じている。このため 2016 年度の予算使用額がゼロにならないようにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
予算は以下の目的に使う予定である。(1) 中性子非弾性散乱実験を ILL (France)、 NIST (USA) で行うための海外旅費。(2) 国内外における学会発表用の旅費。(3) 論文発表の出版費用。(4) 低温比熱・磁化測定装置の部品およびソフトウエアの購入。
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[Journal Article] Quadrupole Order in the Frustrated Pyrochlore Tb2+xTi2-xO7+y2016
Author(s)
H. Takatsu, S. Onoda, S. Kittaka, A. Kasahara, Y. Kono, T. Sakakibara, Y. Kato, B. Fak, J. Ollivier, J.W. Lynn, T. Taniguchi, M. Wakita, H. Kadowaki
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Journal Title
Phys. Rev. Lett.
Volume: 0
Pages: 0
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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