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－

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。

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。