正および負ミュオンを用いたダイアモンド格子磁性体における新奇量子相の探索

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量子多体系が示す興味深い量子相を探索し、理解することは現代物理学の重要な課題である。フラストレート磁性体は、そのような興味深い量子相の舞台として注目されている。ダイアモンド格子磁性体は、これまでフラストレート磁性の研究対象としては主流ではなかったが、近年はスパイラルスピン液体などの興味深いフラストレート磁性の存在が示されている。本研究では、ミュオンという素粒子を物質中に打ち込み、物質中のミュオンの振る舞いを見ることで磁性体の詳細を探る、ミュオンスピン回転／緩和法（μSR）という手法を用いて、ダイアモンド格子磁性体が示す興味深いフラストレート磁性の詳細を調べることを目的としている。2022年度は、2021年度に行ったダイアモンド格子磁性体Cu1-xZnxRh2O4(x = 0.5)のミュオンスピン回転／緩和実験の結果の詳細な解析を行った。その結果、この物質の基底状態では、ミュオン位置に磁性体中の磁気モーメントが作る内部磁場が、現れては消えるという、特異な磁気状態が生じていることがわかった。この結果は、この物質の基底状態において、ランダムシングレット状態と呼ばれる状態が現れていることを示唆する結果である。ランダムシングレット状態は、フラストレート磁性体の分野で注目されている、量子スピン液体状態に近い状態である。このことは、ダイアモンド格子磁性体Cu1-xZnxRh2O4の磁性に、幾何学的フラストレーションの効果が顕著にあらわれていることを示している。