フラストレート磁性体の固体化学的構造制御による新奇磁性の開発

通过受挫磁性材料的固态化学结构控制开发新型磁性

• 批准号: 14J07886
• 负责人: 石川 孟
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J07886/
• 关键词: フラストレート磁性; 量子スピン系; 結晶育成; 構造物性; 新物質開発; 固体化学; 構造相転移

本研究では磁気フラストレーションの効果が期待される磁性体を対象とし、結晶構造の制御を通じて磁気相互作用を変化させ、新奇磁気状態を実現すること、および、研究対象物質の拡大を目的とした。特に、二次元のカゴメ格子と正方格子を持つ磁性体の高品質な試料を合成し、詳細な物性測定により磁性を解明した。具体的には、歪んだカゴメ格子磁性体volborthite Cu3V2O7(OH)2 2H2O, その類縁物質であるengelhauptite KCu3V2O7(OH)2Cl、カゴメ三角格子磁性体NaBa2Mn3F11、正方格子磁性体AMoOPO4Cl(A=K,Rb)の磁性を調べた。Volborthiteにおいては、強磁場磁化測定により1/3磁化プラトー相とその直下の磁場領域にスピンネマティック状態と考えられる新奇磁気相を発見した。類縁物質のengelhauptiteと結晶構造、および、磁性を比較することにより、スピンモデルについて知見を得た。さらに、磁気熱量効果の測定を行い、詳細な温度-磁場相図を明らかにした。NaBa2Mn3F11に関しては、共同研究において粉末中性子回折実験を行い、複数の波数ベクトルにより表される非自明な磁気秩序相を発見した。本物質では、最近接磁気相互作用よりも次近接相互作用が強い、特殊なフラストレート格子が実現していると考えられる。AMoOPO4Cl(A=K,Rb)においては、最近接と次近接の磁気相互作用の競合を期待したが、両物質ともに次近接相互作用が強く、フラストレーションは弱いことが分かった。しかしながら、両物質を比較すると磁気相互作用が格子定数に敏感に変化することが明らかとなった。今後、加圧実験によるフラストレーションが増大が期待され、スピン液体状態などの新奇磁気状態の発見が期待できる。以上の成果は、フラストレート磁性分野の実験研究の進展に寄与したといえる。

This study aims to investigate the effect of magnetic field on magnetic substance imaging, the control of crystal structure, the transformation of magnetic field interaction, the realization of novel magnetic state, and the development of imaging substance. Special, two-dimensional lattice, square lattice, high-quality magnetic sample synthesis, detailed physical properties measurement, magnetic analysis Specific lattice magnetic body volbortite Cu3V 2 O 7 (OH)2 2 H 2O, Volborthite magnetization measurement, 1/3 magnetization phase measurement, magnetic field measurement, magnetic field measurement, The crystal structure, magnetic properties, and magnetic properties of the substance are known. The measurement of magnetic and thermal effects is carried out in detail, and the temperature-magnetic field phase difference is determined. NaBa2Mn3F11 is related to the discovery of magnetic order phases in the study of electron reflection in powder and complex wave number. This substance has a strong and special magnetic interaction, and a weak magnetic interaction. AMoOPO4Cl (A=K,Rb) is a complex, close proximity and subproximity magnetic interaction. The magnetic interaction between the two substances is very sensitive. In the future, the pressure increase will increase, and the liquid state and the new magnetic state will be expected. The above achievements are reported in the progress of magnetic field research.

项目成果

LNCMI-Grenoble(France)

LNCMI-格勒诺布尔（法国）

スピン1/2カゴメ格子反強磁性体engelhauptite KCu3V2O7(OH)2Clおよび類縁化合物の合成と磁性

自旋1/2戈薇晶格反铁磁体恩氏铁矿KCu3V2O7(OH)2Cl及相关化合物的合成及磁性

• 发表时间: 2014
• 作者: 石川孟;浜根大輔;岡本佳比古;広井善二
• 通讯作者: 広井善二

St. Andrews University(英国)

圣安德鲁斯大学（英国）

LQM-ICMP-EPFL(Switzerland)

LQM-ICMP-EPFL（瑞士）

磁気熱量効果によるフラストレート磁性体ボルボサイトの強磁場誘起相転移の観測

磁热效应对受挫磁性材料Volvosite的强磁场诱导相变的观察

• 发表时间: 2016
• 作者: Hajime Ishikawa;Irene Munao;Bela E. Bode;Zenji Hiroi;Philip Lightfoot;石川孟，大熊隆太郎，小濱芳允，金道浩一，広井善二
• 通讯作者: 石川孟，大熊隆太郎，小濱芳允，金道浩一，広井善二