パイロクロア格子状のスピン液体状態と非従来型異常ホール効果

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我々は、フラストレーションによる異常な磁気伝導効果、あるいは、新しい相転移の可能性に注目して研究を行ってきた。その結果、パイロクロア型金属磁性体Pr_2Ir_2O_7の2K以下のスピン液体状態において、ホール抵抗が温度・磁場を関数として大きな履歴現象を示すことを見出した。この2K以下の低温状態では、パイロクロ格子上の[111] 異方性を持つ4fモーメント聞に、RKKY相互作用による強磁性相関が働くことで、スピンアイス的な状態が形成されると考えられる。ただし、0.2K以上では常磁性状態であることから、観測された大きなホール抵抗のヒステレシスは、4fモーメントがカイラリティなどの高次の自由度を使って時間反転対称性を破った状態を形成することを示唆する。μSRの測定からはPrモーメントが低温0.1Kまで熱的揺らぎを伴いスピン液体状態にあることが考えられる。一方、幾何学的フラストレーションをコントロールする方法として, さまざまな条件下でのPr_2Ir_2O_7の合成を行い, IrサイトにPrを置換することに成功した。これは得られたサンプルの単位胞の体積が増大していることから確認され, 化学的圧力と物理的圧力はいずれも高圧になるに従い電気抵抗の極小を与える温度が上昇するという整合性の取れた傾向を示した。さらに, Pr置換を行ったサンプルで低温において磁気転移を誘起することに成功した。これはPrイオン間に新たな相互作用が入ったためにフラストレーションが弱まったことに起因する可能性がある。最後に、我々の開発した2次元モット転移系のモット転移近傍の系Ca_<1.8>Sr_<0.2>RuO_4において、重い電子状態が軌道に依存した形で現れることを、角度分解型光電子分光(ARPES)を用いた測定から明らかにした。