High-quality single crystal growth of honeycomb lattice quantum magnets and experimental verification of the field-induced quantum phase

蜂窝晶格量子磁体的高质量单晶生长及场致量子相的实验验证

基本信息

批准号：
19K03711
负责人：
栗田伸之
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、Kitaev模型の候補物質α-RuCl3の磁場誘起量子相で発現する臨界現象を実験的手段により明らかにすることである。α-RuCl3単結晶に積層欠陥が存在すると非本質的な磁気秩序が生じるため、積層欠陥の影響を最小限に抑えた純良単結晶が必要不可欠となる。以前はブリッジマン法を用いることで劈開面に金属光沢を有する純良単結晶が得られていた。しかし、現在入手可能な原料粉末には肉眼で確認できるレベルの不純物が混入しており、従来の方法で純良単結晶を育成することができなくなった。結晶性の良い部分のみを収集し何度も合成を繰り返す等、様々な方法で結晶の純良化を試みてきたが、以前のような純良単結晶は得られていないのが現状である。本年度はα-RuCl3に関する3つの研究成果が査読付き学術雑誌に掲載された。1つ目の論文では、ブリッジマン法で得られた複数のα-RuCl3単結晶の熱ホール効果測定を行い、半整数量子熱ホール効果とゼロ磁場熱伝導率の関係を明らかにした。本研究により不純物や非Kitaev項の存在が半整数量子熱ホール効果に重大な影響を及ぼすことが明らかになった。2つ目の論文では、2種類の育成方法で得られたα-RuCl3単結晶の熱伝導率及び磁化測定を極低温まで行い、熱伝導率に現れる振動構造が熱伝導率の大きな結晶ほど、そして低温領域ほど小さくなることを明らかにした。この結果は、振動構造の起源が量子振動ではなく磁場誘起相転移であることを示している。3つ目の論文では、α-RuCl3の面内磁場中での熱伝導率及び比熱測定を行い、約11Tで一次転移に近いピーク異常が現れることを明らかにした。熱ホール伝導も約11Tで半整数量子化値からずれることを考慮すると、観測された相転移が本物質のトポロジー特性に影響を与えていることが示唆される。

这项研究的目的是通过实验手段阐明基塔伊夫模型候选物质α-rucl3在磁场诱导的量子相中表达的关键现象。 α-Rucl3单晶中堆叠缺陷的存在会产生非必需的磁性，因此，纯和良好的单晶具有最小的堆叠缺陷效应。以前，使用Bridgeman方法获得了裂解表面上具有金属光泽的纯单晶。但是，目前可用的原材料粉末包含杂质，可以用肉眼看到，因此无法使用常规方法种植纯纯单晶。尽管我们试图使用各种方法来改善纯晶体，例如仅收集具有良好结晶度的部分，并反复一次又一次地重复合成，但目前的情况是我们尚未像以前那样获得纯和良好的单晶。今年，关于α-RUCL3的三项研究结果发表在经过同行评审的学术期刊上。在第一篇论文中，在通过Bridgeman方法获得的多个α-RUCL3单晶上测量了热大厅的效应，并阐明了半量表量子量热室效应与零磁场热导热率之间的关系。这项研究表明，杂质和非基塔夫术语的存在对半量表量子热室效应具有显着影响。在第二篇论文中，通过两种类型的生长方法获得的α-RUCL3单晶的热导率和磁化测量值是极低的温度，表明在热导率中出现的振动结构对于具有较高导热性和较低温度区域的晶体而言较小。该结果表明，振荡结构的起源不是量子振荡，而是磁场诱导的相变。在第三篇论文中，在平面磁场中测量了α-RUCL3的热导率和比热，表明在大约11t时，峰异常似乎接近初级过渡。考虑到热孔传导还偏离了大约11T的半插图量化值，因此建议观察到的相变会影响该材料的拓扑特性。

项目成果

期刊论文数量（62）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Contrasting magnetic structures in SrLaCuSbO6 and SrLaCuNbO6: spin-1/2 square-lattice J1－J2 Heisenberg antiferromagnets

SrLaCuSbO6 和 SrLaCuNbO6 的磁性结构对比：自旋 1/2 方晶格 J1－J2 海森堡反铁磁体

DOI：
10.1103/physrevb.105.054414
发表时间：
2022
期刊：
Phys. Rev. B
影响因子：
0
作者：
M. Watanabe;N. Kurita;H. Tanaka;W. Ueno;K. Matsui;T. Goto and M. Hagihala
通讯作者：
T. Goto and M. Hagihala

Magnetic Structure and Quantum Effects in the Spin-1/2 Triangular Lattice Antiferromagnet Ba2La2CoTe2O12

自旋1/2三角晶格反铁磁体Ba2La2CoTe2O12中的磁结构和量子效应

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Watanabe;N. Kurita;and H. Tanaka
通讯作者：
and H. Tanaka

Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3の磁場中熱伝導測定

Kitaev自旋液体候选α-RuCl3磁场中的热传导测量

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
下邨真輝;鵜飼柚希;末次祥大;笠原裕一;浅場智也;村山陽奈子;栗田伸之;田中秀数;橋本顕一郎;水上雄太;芝内孝禎;松田祐司
通讯作者：
松田祐司

Localized magnetic excitations in the fully frustrated dimerized magnets

完全受抑二聚磁体中的局部磁激励

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Pharit Piyawongwatthana;Kazuhiro Nawa;Stuart A Calder;Daisuke Okuyama;Taku J Sato;S. Hayami;S. Hayami;S. Hayami;奥山大輔;佐藤卓;那波和宏,平井大悟郎,古府麻衣子,河村聖子,廣井善二,佐藤卓;那波和宏,柴田将弥,奥山大輔,佐藤卓;Pharit Piyawongwatthana,Kazuhiro Nawa,Stuart Calder,Daisuke Okuyama,Taku J Sato;佐藤卓;佐藤卓;Taku J Sato;柴田将弥,那波和宏,奥山大輔,佐藤卓;S. Aji,H. Ishida,D. Okuyama,K. Nawa,T. Hong,S. Yano,T. J Sato;Kazuhiro Nawa,Kimihiko Tanaka,Nobuyuki Kurita,Taku J Sato,Haruki Sugiyama,Hidehiro Uekusa,Seiko Ohira-Kawamura,Kenji Nakajima,Hidekazu Tanaka;Nobuyuki Kurita,Daisuke Yamamoto,Takuya Kanesaka,Nobuo Furukawa,Seiko Ohira-Kawamura,Kenji Nakajima,Kazuhiro Nawa,Taku J Sato,Hidekazu Tanaka
通讯作者：
Nobuyuki Kurita,Daisuke Yamamoto,Takuya Kanesaka,Nobuo Furukawa,Seiko Ohira-Kawamura,Kenji Nakajima,Kazuhiro Nawa,Taku J Sato,Hidekazu Tanaka

ほぼ完全にフラストレートしたスピンダイマー量子磁性体の局在励起

几乎完全受挫的自旋二聚体量子磁体的局部激发