幾何学的フラストレート磁性体における新奇な相転移と量子輸送現象

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本研究では「金属絶縁体転移近傍における、幾何学的フラストレート磁性」を明らかにする事を目的としている。平成26年度は、以下の研究を行った。①二次元フラストレート系：擬二次元正三角格子を有する反強磁性Mott絶縁体NiGa2S4 & FeGa2S4昨年度から行っているNiGa2S4の単結晶育成に加え、NiサイトをFeで置換したFeGa2S4の単結晶育成を試みた。NiGa2S4と同様、固相反応法での多結晶育成と化学輸送法での単結晶育成における合成条件の制御により、FeGa2S4単結晶育成に成功した。構造解析や組成分析の結果、純良な試料である事が確認できた。得られたAGa2S4(A = Ni, Fe)単結晶試料は、シリコン基板上で用いられ、数層程度のAGa2S4超薄膜からなるFET素子の作成に成功している。その電界効果測定の結果、ゲート電圧の印加による電気抵抗の減少が観測され、キャリア注入の実現を示唆する結果が得られている。②三次元フラストレート系：Mott転移近傍に位置するパイライト型反強磁性体NiS2系が非局在化寸前の影響で、高次の超交換相互作用が重要となる為に、38 K以下で4つの副格子からなる非共面反強磁性スピン構造(NAF構造)が、より低温の30 K以下でNAF構造の微小なスピンキャントにより弱強磁性が生じるNiS2に着目し、純良単結晶を育成した。様々な磁場中冷却条件下での磁化測定の結果、(1)磁場での直接制御が困難なNAF構造が、低温相の弱強磁性を持つキャントしたNAF構造を用いて間接的に磁場制御可能である事、(2)NAF構造からなる非共面反強磁性ドメイン間に強磁性モーメントが生じる可能性を指摘した。これらの結果は、近年注目されているAll-in/All-out構造をはじめとする非共面反強磁性スピン構造由来の磁性を理解する上でも重要な結果である。