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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。

The purpose of this study is to find a way to realize the critical phenomenon of magnetic field-induced quantum phase of α-RuCl3, a candidate substance of Kitaev model.α-RuCl3 crystal layer defect exists, non-essential magnetic order occurs, layer defect affects, minimum limits, pure crystal layer must not exist. Before, it was a pure crystal. It is possible to start with raw material powder and confirm the impurities mixed in with the naked eye. Crystallization of the good part of the collection, the degree of synthesis, etc., the method of crystallization of the pure test, the former pure crystal, the status quo This year, the research results related to α-RuCl3 were published in the academic journal. 1. The relationship between thermal conductivity of α-RuCl3 single crystals and magnetic field thermal conductivity was studied by using the method of quantum chemistry. In this study, the existence of impurity and non-Kitaev terms has a significant impact on the quantum properties of the particles. 2. In this paper, 2 kinds of breeding methods were obtained. Thermal conductivity and magnetization of α-RuCl3 single crystal were measured. Thermal conductivity was measured at very low temperature. Vibration structure was obtained. Thermal conductivity was measured at high temperature. The result is that the origin of vibrational structures is quantum vibrations and magnetic fields induce phase shifts. The thermal conductivity and specific heat of α-RuCl3 in the in-plane magnetic field were measured at about 11T. Heat transfer coefficient is about 11T. Half integer quantization coefficient is considered. Phase shift is considered. Effect of phase shift on the properties of the substance is discussed.

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）

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

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