遷移金属化合物における量子スピン液体状態の単結晶を用いた実験的解明

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強相関電子系におけるさまざまな新しいトポロジカル量子相の発現の舞台として、我々が開発したPr2Ir2O7を含むパイロクロア型イリジウム酸化物が近年注目を浴びている。この系は典型的トポロジカル絶縁体HgTeと同じ電子構造を持つ、強相関電子系では初めての半金属であることを、物性研究所の近藤猛准教授との角度分解光電子分光(ARPES)とUCSBの理論グループのBalents教授らのバンド計算を用いた直接観察から明らかにした（近藤、Balents,中辻et al Nature Communications (2015)）。さらに、Nd2Ir2O7の純良単結晶の合成を行い、その金属・絶縁体転移温度がNdとIrの比に著しく依存することを解明した。さらに純良単結晶を用いた実験から、磁場誘起の金属・絶縁体量子相転移を発見した。さらに、その純良単結晶を用いた研究からPr2Ir2O7とNd2Ir2O7はともに、この量子相転移近傍に位置する2次の波数分散を持つフェルミノード系であることを見出した。（Tian, 金道、Balents、中辻et al Nature Physics (2015)）特に、磁場を[100]にかけた場合のみ、巨大な磁気抵抗を伴って、絶縁体・半金属転移が起こることを見出した。このことは、Ndがall-in all-out状態から、2-in 2-out状態に変化することに伴い、近藤カップリングを通じてIrの電子状態がall-in all-out状態から強磁性状態に変化することで、絶縁体から半金属状態に転移することを強く示唆している。