フラストレート磁性体における新奇基底状態の解明－スピン液体と磁化ステップ現象－

阐明受挫磁性材料中的新基态 - 自旋液体和磁化阶跃现象 -

• 批准号: 10J10454
• 负责人: 吉田 紘行
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J10454/
• 关键词: S=1/2カゴメ格子反強磁性体; volborthite; 軌道スイッチ; β-vesignieite; フラストレーション; 磁化ステップ; 逐次磁気転移; カゴメ格子反強磁性体; 単結晶; 幾何学的フラストレーション

昨年度から引き続きS=1/2カゴメ格子反強磁性体volborthite, Cu_3V_2O_7(OH)_2・2H_2Oの基底状態、及び磁化ステップ現象を解明するための研究を行った。昨年度までにvolborthiteの単結晶合成に成功し、詳細な単結晶X線構造解析を行った結果、Cu^<2+>イオンのd_<3z2-r2>軌道が室温付近(T=310K)においてd_<x2-y2>世界で初めて軌道スイッチ現象を発見した。本年度(平成24年度)では、これまでに得られた、構造、軌道、磁性の結果を論文へまとめ、その論文はNature Communications誌へ掲載され、大きな注目を集めた。volbonhiteの基底状態の解明に加えて、より多様な物質において、にカゴメ格子反強磁性体の基底状態を解明するため、新物質を合成し、その物性解明に取り組んだ。本年度では、昨年度から引き続き理想的なS=1/2カゴメ格子反強磁性体であるβ-vesignieite, BaCu_3V_2O_8(OH)_2の基底状態解明に取り組んだ。その結果、本物質では、T_N=9Kの弱強磁性を伴う反強磁性秩序が生じる事を見出した。また、カゴメ格子の理論モデルとの比較を行った結果、本物質における磁気秩序が、カゴメ格子上のDM相互作用に起因するものである事を明らかにし、これらの成果を論文へまとめ、Journal of the Materials Chemistry誌に投稿し、掲載された。更に、他の候補物質として、β-vesignieiteのCuサイトをNiで全置換した新物質の合成に成功し、詳細な粉末X線構造解析により、構造を決定した。また、磁気測定から、逐次的磁気相転移が生じる事を明らかにした。カゴメ格子反強磁性体においては、非常に物質例が少ない事から、実験的研究があまり進展していないという困難があったが、以上の成果は、カゴメ格子における物質の多様性をもたらし、より普遍的にカゴメ格子反強磁性体の磁性を理解する事を可能とした。また、以上の物質において観測された様々な磁性現象は、特異であり、今後のフラストレート磁性の研究において、重要な例をなすものであると期待される。

A study on the substrate state and magnetization of lattice antiferromagnetite volbortite, Cu_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O was carried out last year. The successful synthesis of volborite crystals in the past year, the detailed X-ray structural analysis of the crystals, and the discovery of Cu^&lt;2+&gt;-d_orbitals at room temperature <3z2-r2>(T=310K) and in the early days of the world<x2-y2>. This year (Heisei 24), the results of structural, orbital and magnetic studies were published in the Nature Communications Journal. The analysis of the base state of volbonite is based on the synthesis of new substances and the analysis of physical properties of various substances. The ideal lattice antiferromagnetite is β-visitite, BaCu_3V_2O_8(OH)_2. As a result, the weak ferromagnetism of the substance T_N=9K is accompanied by antiferromagnetism. The results of the comparison between the theoretical and experimental results, the magnetic order of the substance, the cause of the DM interaction on the lattice, and the results of the comparison were published in the Journal of the Materials Chemistry. In addition, other candidate substances such as β-vesigniite and Cu were successfully synthesized by complete substitution of Ni. Detailed powder X-ray structure analysis and structure determination were also carried out. The magnetic phase shift occurs gradually. The study of lattice antiferromagnets has made progress in the study of rare and unusual substances, and it is possible to understand the magnetic properties of lattice antiferromagnets in general. The magnetic phenomena, peculiarities, and important examples of the magnetic properties of the above substances are expected to be studied in the future.

项目成果

古典三角格子反強磁性体Ag_2MO_2(M=Cr,Fe)の合成と物性

经典三角晶格反铁磁体Ag_2MO_2 (M=Cr,Fe)的合成及物理性质

• 发表时间: 2011
• 作者: 吉田紘行;磯部雅朗;室町英治
• 通讯作者: 室町英治

三角格子反強磁性体Ag2CoO2の磁性

三角晶格反铁磁体 Ag2CoO2 的磁性

• 发表时间: 2012
• 作者: Ruiping Wang;Hiroshi Bando;andMitsuru Itoh;吉田紘行
• 通讯作者: 吉田紘行

S=5/2三角格子反強磁性体Ag_2FeO_2の合成と物性

S=5/2三角晶格反铁磁体Ag_2FeO_2的合成及物理性质

• 发表时间: 2010
• 作者: 吉田紘行;磯部雅朗;室町英治
• 通讯作者: 室町英治

S=1/2カゴメ格子反強磁性体BaCu_3V_2O_8(OH)_2 (β-vesignieite)の構造と磁性

S=1/2 kagome晶格反铁磁材料BaCu_3V_2O_8(OH)_2（β-vesignieite）的结构与磁性

• 发表时间: 2012
• 作者: 吉田紘行;道上勇一;磯部雅朗
• 通讯作者: 磯部雅朗

Heterogeneous spin state in the field-induced phase of volborthite as seen via ^<51>V nuclear magnetic resonance

通过 ^<51>V 核磁共振观察到伏硼铁矿场诱导相中的异质自旋态

• DOI: 10.1103/physrevb.84.020410
• 发表时间: 2011
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Makoto Yoshida;Masashi Takigawa;Hiroyuki Yoshida;Yoshihiko Okamoto;Zenji Hiroi
• 通讯作者: Zenji Hiroi