Quantum spin liquid on frustrated magnets

受挫磁体上的量子自旋液体

• 批准号: 19J21017
• 负责人: 村山 陽奈子
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J21017/
• 关键词: 量子スピン液体; フラストレーション; カゴメ格子; ループ電流秩序; イリジウム酸化物; 熱伝導; 比熱; ランダムネス

本年度は、カゴメ格子上の量子スピン液体候補物質ZnCu3(OH)6Cl2について、比熱と熱伝導測定の結果を論文にまとめた。論文は現在投稿中である（arXiv:2106.07223）。カゴメ格子上の量子スピン液体は長らく理論的に研究されてきたものの、厳密解がないことから基底状態が量子スピン液体であること以外、そのトポロジカル構造や励起状態についての議論に決着がついていない。特に素励起におけるギャップの有無さえわかっていないため、実験的に低エネルギー励起を観測してこれを明らかにする必要がある。ZnCu3(OH)6Cl2はカゴメ格子上のスピン1/2ハイゼンベルクモデルを実現する磁性体で、数少ないカゴメ格子上の量子スピン液体候補物質の一つである。しかし量子スピン液体を特徴づける低エネルギー励起には、Zn/Cuアンチサイト欠陥に起因した励起や散乱が現れてしまい、この系の量子スピン液体の低エネルギー励起はよくわかっていない。そこで、この物質について希釈冷凍機を用いて極低温下での比熱と熱伝導測定を行った。14Tまで磁場依存性のない熱伝導率が観測された一方で、比熱測定では強く磁場依存する磁気比熱が観測された。熱伝導には遍歴的な励起のみが寄与する一方で、比熱には遍歴的な励起だけでなく局在的な励起も寄与することから、この系では強く磁場依存する局在的な磁気励起があることがわかった。この磁気比熱は特徴的なスケーリング則を示し、弱いランダムネスがある量子スピン液体の理論で提案されている関数形でよくフィットできた。この理論では、ランダムネスがある場合に量子スピン液体の欠陥として孤立した局在スピンが生じ、その孤立スピン同士が弱く相関してランダムシングレットを形成し、局在的な磁気励起を生じることが予想されている。今回観測された磁気比熱のスケーリングは、この描像を強く支持する結果である。

This year は, カ ゴ メ grid の quantum ス ピ ン liquid alternate material ZnCu3 (OH) 6 cl2 に つ い て, determination of specific heat と hot 伝 guide の results を paper に ま と め た. The paper is now being submitted to である (arXiv:2106.07223). カ ゴ メ grid の quantum ス ピ ン liquid は long ら に research in the theory of く さ れ て き た も の の, 厳 solution が な い こ と か ら basal state が quantum ス ピ ン liquid で あ る こ と outside, そ の ト ポ ロ ジ カ や ル structure in excitation state に つ い て の comment に definitely the が つ い て い な い. Special に plain wound up に お け る ギ ャ ッ プ の presence of さ え わ か っ て い な い た め, be 験 に low エ ネ ル ギ ー wound up を 観 し measurement て こ れ を Ming ら か に す る necessary が あ る. ZnCu3 (OH) 6 cl2 は カ ゴ メ grid の ス ピ ン 1/2 ハ イ ゼ ン ベ ル ク モ デ ル を be presently す る magnetic body で, less number of な い カ ゴ メ grid の quantum ス ピ ン liquid alternate material の a つ で あ る. Quantum ス し か し ピ ン liquid を, 徴 づ け る low エ ネ ル ギ ー wound up に は, zinc/Cu ア ン チ サ イ ト owe 陥 に cause し た wound up や scattered が now れ て し ま い, こ の is の quantum ス ピ ン low liquid の エ ネ ル ギ ー wound up は よ く わ か っ て い な い. そ こ で, こ の material に つ い て bush 釈 refrigerator を with い で て extremely low temperature の heat と 伝 guide line measurement を っ た. 14 t ま で magnetic field dependence の な い 伝 heat conductivity が 観 measuring さ れ で た party, determination of specific heat で は く strong magnetic field dependent す る magnetic 気 heat が 観 measuring さ れ た. Hot 伝 guide に は times bearing な wound up の み が send す る で, specific heat に は times bearing な wound up だ け で な く agency も send in な excitation and す る こ と か ら, こ の is で は く strong magnetic field dependent す る bureau in な magnetic 気 wound up が あ る こ と が わ か っ た. こ の magnetic 気 heat は of 徴 な ス ケ ー リ ン グ を shown し, weak い ラ ン ダ ム ネ ス が あ る quantum ス ピ ン liquid の theory proposed で さ れ て い る masato number form で よ く フ ィ ッ ト で き た. こ の theory で は, ラ ン ダ ム ネ ス が あ る occasions に quantum ス ピ ン liquid の owe 陥 と し て isolated し た bureau in ス ピ ン が じ, そ の isolated ス ピ ン associated with weak and が く masato し て ラ ン ダ ム シ ン グ レ ッ ト を し, bureau in な magnetic 気 born wound up を じ る こ と が to think さ れ て い る. Today back to 観 measuring さ れ た magnetic 気 heat の ス ケ ー リ ン グ は, こ の stroke like strong を く support す る results で あ る.

项目成果

KAIST(韓国)

韩国科学技术院（韩国）

カゴメ反強磁性体Herbertsmithiteにおける比熱のスケーリング則

Kagome 反铁磁体赫伯特铁矿的比热标度定律

• 发表时间: 2021
• 作者: 村山陽奈子;冨永貴弘;Andre de Oliveira Silva;佐藤雄貴;鈴木裕貴;鵜飼柚希;末次祥大;笠原成;笠原裕一;大熊隆太郎;廣井善二;Itamar Kimchi;松田祐司
• 通讯作者: 松田祐司

University of Colorado(米国)

科罗拉多大学（美国）

University of Colorado, Bouldar(米国)

科罗拉多大学博尔德分校（美国）

Institut Polytechnique de Paris(フランス)

巴黎综合理工学院（法国）