Spinon Fermi surfaces and spinon pairing condensate: exploration of quantum spin phases with fractionalization and entanglement

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本研究では、スピン液体候補物質k-(ET)2Cu2(CN)3を対象に、a)スピノンフェルミ面と、b)その不安定性としてのスピノン対凝縮の可能性を探り、c) ドープされたスピン液体候補物質k-(ET)4Hg2.89Br8に発現する超伝導を調べ、両者の対凝縮の関連を明らかにしようとしている。前年度は特にa)の探索を目的に、トルク、磁気熱量効果、誘電率、超音波速度の磁場変化を調べたが、スピノンフェルミ面に期待される量子振動は観測されなかった。しかし、b)に関連すると思われる6K異常が磁場に対して極めて頑強であること、さらにトルクの解析から6K以下で磁場掃引に対する散逸効果が見出され、低温相の特異性が浮き彫りになった。そこで、b)に関連して、昨年度から開始している6K異常のNMR研究をさらに進めた。まず、1H NMR緩和率1/T1で観測された2-3Kでのピーク構造をさらに高い磁場（8T）まで上げて調べたところ、磁場依存性は極めて弱いことから、ピーク構造は単純な不純物効果で起こるものではないことが分かった。さらに、このピーク構造の圧力依存性を調べたところ、ピーク温度と常圧6K異常に対応するであろう緩和率の変曲点温度が加圧と共に徐々に上昇し、金属絶縁体転移境界へと接続する様子が明らかになった。また、c)については、常圧においてk-(ET)4Hg2.89Br8の13C NMRシフトと緩和率1/T1を測定したところ、超伝導転移温度(４K)よりはるかに高い温度からシフトと1/T1Tの減少が観測された。これは、超伝導の前駆現象であるpreformed pairsが形成されたことを示唆しており、我々が以前の研究で明らかにした電子対のBEC的な性質とも符合する。