Research on Monopole Dynamics in Spin Ice Compounds

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26400336
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高津 浩 京都大学, 工学研究科, 特定講師 (60585602)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: スピンアイス / 磁気モノポール / 量子スピン液体 / 量子スピンアイス / 四極子 / Tb2Ti2O7

Outline of Annual Research Achievements

本年度はTb+x2Ti2-xO7+yのx<xcにおける「量子スピンアイス」状態に着目し、そこに現れる準粒子的モノポールの性質・ダイナミクスを調べた。具体的には以下の研究実績を得た。また本年度はいくつか新しい物質系の開発も行って研究を進めた。得られた成果は論文にまとめた。

単結晶合成の最適化を行って濃度勾配が現れる問題点を解決し、x<xcの量子スピンアイス相の純良大型単結晶を合成した。それらの単結晶を用いて磁場中角度回転比熱測定や非弾性中性子散乱実験を行った。当初、0.2 T程度の磁場で比熱の温度依存性に大きな変化（磁場中相転移など）が起きるものと予想していたが、低磁場ではどの角度方向でもほとんど変化が見られず、ゼロ磁場の振る舞いと同じであることがわかった。すなわち、低温比熱の大半は非弾性散乱に見られるcontinumな成分に由来するものと考えられる結果が得られた。また0.1 K以下では大きな核比熱の寄与を見出した。

比熱の磁場角度依存性にはモノポールの準粒子励起を特徴づける性質が現れると面白いと思われるので今後詳細な解析を行いたいと考えている。また比熱の磁場角度依存性は古典効果で理解できる部分もあると思われるので合わせて解析していきたいと考えている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NCNR(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NCNR
• [Int'l Joint Research] ILL(France)
  • Country Name: France
  • Counterpart Institution: ILL
• [Int'l Joint Research] Universite de Rennes(France)
  • Country Name: France
  • Counterpart Institution: Universite de Rennes
• [Int'l Joint Research] University of Antwerp(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: University of Antwerp
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 4
• [Journal Article] Cubic lead perovskite PbMoO3 with anomalous metallic behavior (2017)
  • Author(s): Hiroshi Takatsu, Olivier Hernandez, Wataru Yoshimune, Carmelo Prestipino, Takafumi Yamamoto, Cedric Tassel, Yoji Kobayashi, Dmitry Batuk, Yuki Shibata, Artem M. Abakumov, Craig M. Brown, and Hiroshi Kageyama
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 95 Pages: 155105 1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.155105
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thermodynamic properties of quadrupolar states in the frustrated pyrochlore magnet Tb2Ti2O7 (2017)
  • Author(s): H. Takatsu, T. Taniguchi, S. Kittaka, T. Sakakibara, and H. Kadowaki
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. Volume: 828 Pages: 012007 1-7
  • DOI: 10.1088/1742-6596/755/1/011001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] スピン液体相の近くに現れる「隠れた秩序」 (2017)
  • Author(s): 高津 浩
  • Journal Title: 物性研だより第56号 Volume: 4 Pages: 1-3
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simultaneous loss of interlayer coherence and long-range magnetism in quasi-two-dimensional PdCrO2 (2017)
  • Author(s): S. Ghannadzadeh, S. Licciardello, S. Arsenijevic, P. Robinson, H. Takatsu, M.I. Katsnelson and N.E. Hussey
  • Journal Title: Nature Comm. Volume: 8 Pages: 15001 1-6
  • DOI: 10.1038/ncomms15001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quadrupole Order in the Frustrated Pyrochlore Tb2+xTi2-xO7+y (2016)
  • 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, and H. Kadowaki
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 116 Pages: 217201 1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.217201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Quadrupole order in the frustrated pyrochlore Tb2+xTi2-xO7+y (2016)
  • 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, and H. Kadowaki
  • Journal Title: 2016 NCNR Annual Reports Volume: 1 Pages: 28-29
  • Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] HfMnSb2: A Metal-Ordered NiAs-type Pnictide with a Conical Spin Order (2016)
  • Author(s): Taito Murakami, Takafumi Yamamoto, C|dric Tassel, Hiroshi Takatsu, Clemens Ritter, Yoshitami Ajiro, and Hiroshi Kageyama
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 55 Pages: 9877-9880
  • DOI: 10.1038/ncomms13547
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electromagnon dispersion probed by inelastic X-ray scattering in LiCrO2 (2016)
  • Author(s): Sandor Toth, Bjorn Wehinger, Katharina Rolfs, Turan Birol, Uwe Stuhr, Hiroshi Takatsu, Kenta Kimura, Tsuyoshi Kimura, Henrik M. Ronnow and Christian Ruegg
  • Journal Title: Nature Comm. Volume: 7 Pages: 13547 1-7
  • DOI: 10.1038/ncomms13547
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] タングステン酸化物の高圧合成・構造・電子物性 (2017)
  • Author(s): 池内勇哉, 高津浩, Cedric Tassel, 後藤能宏, 村上泰斗, 陰山洋
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会（2017年）
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 新規ペロブスカイト型酸化物PbMoO3の低温物性 (2016)
  • Author(s): 高津浩，吉宗航，山本隆文，Cedric Tassel，小林 洋治, Olivier Hernandez, Dmitry Batuk, Artem M. Abakumov, Craig Brown, 陰山洋
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] 層状秩序型NiAs型構造を持つ磁性体HfMnSb2の次元性制御 (2016)
  • Author(s): 村上泰斗, 山本隆文, 高津浩, 陰山洋
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Quadrupole order in the frustrated pyrochlore Tb2+xTi2-xO7+y (2016)
  • Author(s): Hiroshi Takatsu
  • Organizer: 8th International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2016
  • Place of Presentation: Nanyang Technological University (Taiwan, Taipei)
  • Year and Date: 2016-09-07 – 2016-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quadrupole Order and Spin Liquid States in the Frustrated Pyrochlore Tb2Ti2O7 (2016)
  • Author(s): Hiroshi Takatsu
  • Organizer: Kyoto-Krakow Symposium on Materials Science
  • Place of Presentation: Kyoto University
  • Year and Date: 2016-08-02 – 2016-08-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quadrupolar order and spin liquid states in the frustrated pyrochlore Tb2Ti2O7 (2016)
  • Author(s): 高津浩
  • Organizer: 第一回 量子スピン液体研究の新展開
  • Place of Presentation: 東京大学 本郷キャンパス
  • Year and Date: 2016-07-14 – 2016-07-15
  • Invited
• [Remarks] スピン液体の近くの「隠れた秩序」
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2016/160520_2.html
• [Remarks] The search for disorder in order
  • URL: http://www.riken.jp/en/research/rikenresearch/highlights/8238/