二次元磁性体の新たな量子状态を极限强磁场において観测 直交スピンダイマーがみせる多彩な量子相

物质中の电子の持つ电荷やスピンと呼ばれる微小磁石の振る舞いが、今日の电子デバイスや磁気メモリなどの机能を実现しています。これらの电子の振る舞いは量子力学に支配されており、その理解を深めることは今后の电子デバイスの开発にとって重要です。

© Yasuhiro H. Matsuda, 直交ダイマー2次元磁性体SrCu2(BO3)2の118テスラまでの磁化过程。赤线で囲った70テスラ以上の磁化过程が今回はじめて明らかになった。1/2プラトー(磁化の値が平坦になること)は长さが短く、また完全に平らでないことから1/3プラトーに比べて不安定であることがわかる。
电子の振る舞いが量子力学に支配されている物质の一例として、ストロンチウム(厂谤)、铜(颁耻)、ボロン(叠)、酸素(翱)で构成される、厂谤颁耻2(BO3)2があります。厂谤颁耻2(BO3)2は颁耻の电子が微小な磁石(スピン)をもち隣の颁耻の电子スピンと対(ダイマー)をつくります。磁场をかけた际のこのダイマーの磁気的な振る舞いが、単纯な理论では説明できない不思议な阶段状の変化を示すことから発见以来10年以上研究されてきました。しかし、研究には非常に强い磁场が必要となることから、これまで厂谤颁耻2(BO3)2の磁気的な性质がその饱和状态の3分の1を示す状态(3分の1领域)における振る舞いの解明までにとどまっていました。
東京大学物性研究所の松田康弘准教授、大学院生の阿部望氏らは、京都大学大学院工学研究科の陰山洋教授、スイス連邦工科大学ローザンヌ校のミラ フレデリック教授らと協力して、118テスラという極限強磁場中で、このSrCu2(BO3)2の磁化测定にはじめて成功しました。また、その结果から、磁気的な性质がその饱和状态の2分の1を示す状态(2分の1领域)において、厂谤颁耻2(BO3)2が2分の1プラトー(磁化の値が平坦になること)と呼ばれる新たな量子状态を示すことを観测して、その完全な解明に成功しました。
本研究の成果は、厂谤颁耻2(BO3)2のような二次元磁性体が持つ量子性の理解に大きく貢献し、新たな量子デバイス実現につながるものと期待されます。またこの成果は、Physical Review Letters誌(9月26日付け)に掲載されました。
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论文情报
Y. H. Matsuda, N. Abe, S. Takeyama, H. Kageyama, P. Corboz, A. Honecker, S. R. Manmana, G. R. Foltin, K. P. Schmidt, and F. Mila,
“Magnetization of SrCu2(BO3)2 in Ultrahigh Magnetic Fields up to 118 T”,
Physical Review Letters Online Edition: 2013/9/26 (Japan time), doi: 10.1103/PhysRevLett.111.137204.