Material research and physics of multipole in 5d electron systems

点击翻译按钮获取中文摘要

5d遷移金属化合物では、スピン軌道相互作用と電子相関の複合効果により、他の電子系では実現できない多彩な量子相の発現が期待されます。本研究では、スピンと軌道の自由度が結合することで生じる多極子の秩序状態を、5d電子系を特徴づける基本的な電子相として位置づけ、秩序形成の微視的な機構解明を目指しています。申請者らが四極子秩序を示すことを発見したBa2MgReO6は、四極子秩序と磁気秩序を形成するときに、結晶の向きとスピンの方向がバラバラになった状態となりますが、これらが揃っていないと本質的な物性を明らかにできません。そこで、2022年度に磁場による構造やスピンの整列に取り組みました。放射光を使い、Ba2MgReO6に磁場を印加しながら構造の変化を調べたところ、通常、磁場によってそろえられるスピンの方向だけでなく、結晶の向きも80%以上そろえることができました。これはスピンと軌道が結合した5d電子の特徴だと考えられます。また、共鳴X線散乱という手法によって磁場中での磁気秩序状態の変化を測定した結果、磁場が強くなるにつれ磁気秩序相が安定になり、磁気転移温度が上昇することが分かりました。今後理論との対応を検討することで、磁場中でどのような多極子状態が実現しているかが明らかになると期待されます。また、2021年度に巨大な磁気抵抗効果や量子振動を観測し、新しいタイプのトポロジカル物質であることが明らかになったReO2の低温で磁化率が上昇する振る舞いの起源解明のために磁気トルク測定を行いました。この結果、絶対0度に向けて四極子揺らぎが増加していることが明らかになりました。金属化合物でも強いスピン軌道相互作用によって多極子物性が発現することを示す結果といえます。