Synthesis of kagome magnets and exploration of emergent topological phenomena towards functionality

2次元カゴメ格子や3次元パイロクロア格子は代表的な幾何学的フラストレート格子であり，それらを磁性副格子として内包する金属磁性体ではトポロジーに起因する様々な異常現象が期待される.本研究では鉄やコバルト，マンガン等のカゴメ格子やパイロクロア格子を内包する金属磁性体を研究対象として取り上げ，その単結晶を育成し，それを用いて磁気特性，磁気伝導特性，バンド分散測定，スピン組織直接観測等を行い，さらに第一原理計算等を行い，トポロジーに起因する異常現象を発掘することを目的とする．今年度は特に二重カゴメ格子を内包する金属磁性体ScFe6Ge4で成果があった．ScFe6Ge4はLiFe6Ge4型の結晶構造をとり，そのFe副格子は，最近注目を集めているトポロジカル磁性体Fe3Sn2のFeサイトと結晶学的に等価である．先行研究では，ScFe6Ge4はキュリー温度491 Kの強磁性体であると報告されていたが，純良な試料を合成し磁性を測定したところ，実際には650 K付近に磁気転移点をもつ反強磁性体であることが判明した．また，転移点直下では逐次相転移の兆候が観測され，磁気状態が単純ではないことを示唆している．今後，単結晶育成法の開発に成功し，単結晶を用いた詳細な研究が進めば，この分野の発展に大きく貢献すると期待される．

2次元カゴメ格子や3次元パイロクロア格子は代表的な幾何学的フラストレート格子であり，それらを磁性副格子として内包する金属磁性体ではトポロジーに起因する様々な異常現象が期待される.本研究では鉄やコバルト，マンガン等のカゴメ格子やパイロクロア格子を内包する金属磁性体を研究対象として取り上げ，その単結晶を育成し，それを用いて磁気特性，磁気伝導特性，バンド分散測定，スピン組織直接観測等を行い，さらに第一原理計算等を行い，トポロジーに起因する異常現象を発掘することを目的とする．今年度は特に二重カゴメ格子を内包する金属磁性体ScFe6Ge4で成果があった．ScFe6Ge4はLiFe6Ge4型の結晶構造をとり，そのFe副格子は，最近注目を集めているトポロジカル磁性体Fe3Sn2のFeサイトと結晶学的に等価である．先行研究では，ScFe6Ge4はキュリー温度491 Kの強磁性体であると報告されていたが，純良な試料を合成し磁性を測定したところ，実際には650 K付近に磁気転移点をもつ反強磁性体であることが判明した．また，転移点直下では逐次相転移の兆候が観測され，磁気状態が単純ではないことを示唆している．今後，単結晶育成法の開発に成功し，単結晶を用いた詳細な研究が進めば，この分野の発展に大きく貢献すると期待される．