Novel Spin-Orbit-Entangled Quantum States Explored by Kinetic Crystal Field Engineering

今年度の研究でのもっとも大きな成果は、四面体配位3d8電子系においてスピン軌道結合状態を見出すことに成功したことです。固体メタセシス法の巧妙な速度論的制御によって合成されたスピネル化合物NiRh2O4において、バルク帯磁率測定と比熱測定により、ネール転移温度TN = 45 Kで明確な反強磁性転移が存在することを明らかにしました。合成経路の変更により磁気秩序が発現したことから、従来の試料では磁気秩序が抑制されていたが、高温反応に伴うエントロピー増大によりカチオンミキシングが生じたためと考えられます。また、磁気モーメントの増大は、スピンのみによるS = 1ではなく、Jeff = 0の物理現象によって説明されることが示唆されました。これらのことから、NiRh2O4の磁気秩序を支えるメカニズムは、Jeff = 1の励起子凝縮であり、正方晶の結晶場と超交換相互作用の相互作用によって組織化されていることが示唆されました。また、Coハニカム格子CaCo2TeO6の磁気特性がRuCl3と同様の磁性を示す有望なKitaev候補物質であることを見出しました。この化合物は、Na2Co2TeO6のNaイオンの半分をCaイオンで置換し、CoO6八面体を効果的に立方体対称に近づけてトポケミカル合成したものです。CaCo2TeO6はNa2Co2TeO6（TN〜27K）よりも低いTN〜13Kで反強磁性秩序を示し、比較的低い磁場〜4Tで磁気秩序が抑制されることから、三角形の歪みを抑制することで非キタエフ相互作用を抑制できることがわかった。また、CaCo2TeO6のワイス温度異方性と単一イオン磁気異方性は、よく知られたキタエフ物質であるα-RuCl3との類似性をさらに示唆しています。

今年度の研究でのもっとも大きな成果は、四面体配位3d8電子系においてスピン軌道結合状態を見出すことに成功したことです。固体メタセシス法の巧妙な速度論的制御によって合成されたスピネル化合物NiRh2O4において、バルク帯磁率測定と比熱測定により、ネール転移温度TN = 45 Kで明確な反強磁性転移が存在することを明らかにしました。合成経路の変更により磁気秩序が発現したことから、従来の試料では磁気秩序が抑制されていたが、高温反応に伴うエントロピー増大によりカチオンミキシングが生じたためと考えられます。また、磁気モーメントの増大は、スピンのみによるS = 1ではなく、Jeff = 0の物理現象によって説明されることが示唆されました。これらのことから、NiRh2O4の磁気秩序を支えるメカニズムは、Jeff = 1の励起子凝縮であり、正方晶の結晶場と超交換相互作用の相互作用によって組織化されていることが示唆されました。また、Coハニカム格子CaCo2TeO6の磁気特性がRuCl3と同様の磁性を示す有望なKitaev候補物質であることを見出しました。この化合物は、Na2Co2TeO6のNaイオンの半分をCaイオンで置換し、CoO6八面体を効果的に立方体対称に近づけてトポケミカル合成したものです。CaCo2TeO6はNa2Co2TeO6（TN〜27K）よりも低いTN〜13Kで反強磁性秩序を示し、比較的低い磁場〜4Tで磁気秩序が抑制されることから、三角形の歪みを抑制することで非キタエフ相互作用を抑制できることがわかった。また、CaCo2TeO6のワイス温度異方性と単一イオン磁気異方性は、よく知られたキタエフ物質であるα-RuCl3との類似性をさらに示唆しています。