キタエフ物質の基底状態制御

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本研究は、キタエフ量子スピン液体候補物質において、結晶格子の点欠陥量や格子長などを可逆的に変化させることで、キタエフ量子スピン液体候補物質の基底状態を制御することを目的とする。現状、ほぼ全てのキタエフ量子スピン液体候補物質は、低温で磁気秩序状態を示すため、現実の物質においては基底状態として量子スピン液体を見出すことは非常に難しい。このような状況に対して、キタエフ量子スピン液体候補物質alpha-RuCl3においては、蜂の巣格子面内に7T以上の磁場を印加することで、磁気秩序を抑制し、無秩序状態を見出すという研究が多く行われてきた。この磁場誘起の無秩序状態においては、キタエフ量子スピン液体状態を示す実験的結果も多く報告されているが、無磁場または低磁場におけるキタエフ量子スピン液体の振る舞いはまだ分かっておらず、その実現が期待される。alpha-RuCl3は、7Kでジグザグ構造を持つ反強磁性状態へと転移するが、本研究により点欠陥を導入することにより、その転移温度を半分以下程度まで抑制することに成功した。導入した点欠陥量は、1%にも満たなく、同様に磁気秩序を抑制する元素置換効果と比較すると、非常に少ない不純物量で磁気秩序を抑制できていることになる。このような、格子欠陥を導入した系において、低温で比熱測定を行ったところ、キタエフ量子スピン液体におけるマヨラナ励起構造を示していることが分かり、格子欠陥を導入してもその振る舞いは強く残ることが分かった。