51探花

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科物理学専攻
准教授　水上雄太（みずかみ　ゆうた）

【発表のポイント】

• 量子计算に有用なマヨラナ粒子が现れるといわれる量子スピン液体は、电子スピンの向きがそろわないため、実験的に検証することが非常に困难でした。
• 磁场を印加する方向を変化させた极低温比热测定により、量子スピン液体候补物质であるコバルト酸化物と、量子スピン液体が実现していると考えられている塩化ルテニウムが全く异なる振る舞いを示し、スピンの向きがそろわない异なる状态が存在することが明らかになりました。
• 本研究により、量子スピン液体やマヨラナ粒子の存在を见分ける强力なツールが得られたことが示され、今后の量子スピン液体状态への理解がより深まることが期待されます。

【概要】

东京大学大学院新领域创成科学研究科の房圣杰（ファン　センジェー）大学院生、水上雄太助教（研究当时、现在东北大学大学院理学研究科准教授）、桥本顕一郎准教授、芝内孝禎教授らの研究グループは、磁场の角度によって比热がどのように変化するかを测定することで、蜂の巣格子を持つコバルト酸化物磁性絶縁体Na?Co?TeO?（NCTO）のスピン状态の详细を解明しました。

本研究では、アレクセイ?キタエフにより予测された量子スピン液体（キタエフ?スピン液体、注1）ではマヨラナ粒子（注2）が磁场の方向に敏感に依存して热的に変化をもたらすことに着目しました。磁场方向を変えてNCTOの比热を测定することで、マヨラナ粒子に见られる特徴的な现象が観测されず、代わりにマグノン（注3）と呼ばれるスピンの波が存在することが示唆されました。これは、NCTOが纯粋なキタエフ?スピン液体状态ではなく、异なる磁気状态を持つことを意味します。

今回の研究により、比热の磁场角度依存性がキタエフ?スピン液体状态を见分けるための强力なツールになることが示され、今后の研究の発展を促进することが期待されます。

本研究成果は、米国科学誌 Physical Review Lettersにオンライン掲载され、Editors' Suggestionに选出されました。

図1：狈补?颁辞?罢别翱?（狈颁罢翱）の结晶构造の模式図
狈颁罢翱では磁性を担う颁辞イオン（青丸）が蜂の巣上に配置されている。贬触触补及び贬触触补*はそれぞれ磁场の印加方向を示しており、この磁场の方向の违いが比热に特异的な変化をもたらすことが明らかになった。

【用语解説】

（注1）量子スピン液体、キタエフ?スピン液体
物质中のスピンは复雑な相互作用により、一般的には低温で同じ向きや反対の向きにそろい、特定の秩序を示す。一方で、スピンに量子力学的な揺らぎが强く働く场合、低温であってもスピンの秩序が形成されないことがある。このように、量子力学的な効果に起因してスピンの自由度が冻结しない、いわば液体のような状态を量子スピン液体と呼ぶ。量子スピン液体にはさまざまな理论モデルがあり、キタエフ?スピン液体、量子スピン液体はその代表例である。キタエフ模型では、従来の量子スピン液体に比べ、理论的に厳密に扱うことができることに加え、マヨラナ粒子という特殊な準粒子の存在から非常に注目を集めている。

（注2）マヨラナ粒子
1937年にエットーレ?マヨラナにより理论的に提案された素粒子である。一般的に、电子等に代表される粒子には、その电荷などの性质が反対となる反粒子が存在する。例えば电子の场合は、阳电子がその反粒子である。これに対し、マヨラナ粒子は、粒子と反粒子が同一となる性质を持つ。

（注3）マグノン
マグノンとは、スピンの集団的な振る舞いを指す物理现象である。通常の磁石ではスピンが整列して并ぶが、外部からエネルギーを加えると、一部のスピンがその并びからずれて波のように伝わる。このスピンの波の集団的な动きをマグノンと呼ぶ。

【论文情报】

タイトル：Field-Angle-Resolved Specific Heat in Na2Co2TeO6: Evidence against Kitaev Quantum Spin Liquid
著者： Shengjie Fang, Kumpei Imamura, Yuta Mizukami, Ryuichi Namba, Kota Ishihara, Kenichiro Hashimoto, and Takasada Shibauchi*
掲載誌：Physical Review Letters
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学大学院理学研究科
准教授 水上 雄太（みずかみ ゆうた）
罢贰尝：022-795-6476
贰尘补颈濒：尘颈锄耻办补尘颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
罢贰尝：022-795-6708
贰尘补颈濒：蝉肠颈-辫谤*尘补颈濒.蝉肠颈.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）