異方的量子スピンジグザグ鎖モデルの予測を実験的に実証 ―新たな物質機能性の実現が期待―

固体物理の分野では、通常の磁性体では見られない秩序状態や準粒子の研究が注目されています。以前、我々のグループは希土類のイッテルビウム(Yb)原子がジグザグ鎖を形成する磁性半導体YbCuS2において、格子間隔と非整合な周期をもつ磁気秩序(非整合磁気秩序)と電気的中性な準粒子を発見しました。この現象を説明する新たな理論モデルとして、異方的量子スピンジグザグ鎖モデルが提案され、いくつかの予測がなされていました。
 本研究ではYbCuS2において、高圧下で銅(Cu)核の核四重極共鳴(NQR)測定を行いました。その結果、上記の理論モデルの予測と一致する基底状態の変化が観測されました。この高圧下での磁気状態は「奇パリティ磁気多極子秩序」と呼ばれる特殊な状態です。さらに、以前発見した中性準粒子を圧力で制御できることが分かりました。これらの成果は、理論モデルの妥当性を深めるだけでなく、スピントロニクス、マルチフェロイクス材料や量子コンピュータといった次世代デバイスへの応用が期待されます。
 本研究成果は、2025年8月1日に、国際学術誌「Communications Materials」にオンライン掲載されました。

京都大学広島大学東北大学ホームページにプレスリリースをしました。この成果に関して、日本経済新聞で取り上げられました。

Reference

Hori, F; Matsudaira, H; Kitagawa, S; Ishida, K; Suzuki, H; Onimaru, T

Pressure evolution of magnetic structure and quasiparticle excitations in anisotropic frustrated zigzag chains Journal Article

In: Communications Materials, vol. 6, pp. 170, 2025.

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