ニュース

スピン液体状態における熱ホール効果の発見

発表のポイント

  • 電気を流す金属中でしか観測されないホール効果と同様の現象が、絶縁体における熱ホール効果として観測された。 
  • 磁石のように電子スピンの向きが揃った強磁性絶縁体での観測例はあったが、磁気秩序が幾何学的フラストレーションの効果で抑制されたスピン液体で初めて観測された。
  • スピン液体の性質はまだ謎だらけで、その性質を調べる新しい手法になる可能性がある。

発表概要

 磁場の中を移動する電子は、フレミング左手の法則で表されるローレンツ力を感じ、その軌道が曲げられます。その結果、磁場の大きさに比例する電圧が現れることが知られています。ホール効果として知られるこの現象は、金属中の電子に対する基礎物性測定から、スマートフォンの中の磁気センサへの応用まで様々なところに利用されている現象です。このホール効果は金属中を流れる電子に対するローレンツ力がその起源であるため、電気の流れない絶縁体には存在しません。ところが最近、絶縁体中の磁性を担う「スピン」が類似のホール効果を示すことが理論的に提案され、注目を集めています。
 今回、東京⼤学物性研究所の⼭下穣准教授らの研究グループは、東京⼤学新領域創成科学研究科の芝内孝禎教授らの研究グループ、京都大学理学研究科と共同で、このスピンによる熱ホール効果を新しい磁性体「スピン液体」の研究に応用して、スピン液体状態に熱ホール効果が観測されることを見出しました。さらに、この熱ホール効果の大きさがスピン液体の形成と関連していることを初めて明らかにしました。スピン液体状態は未知の量子凝縮状態で、普通の磁性体とは異なる新しい量子現象が現れることが期待されていますが、その詳細はよくわかっていません。本研究はスピン液体研究に対する新しい研究手法を提案するものであり、今後のさらなる展開が期待されます。

 本研究は米国科学誌「Proceedings of the National Academy of Sciences, USA」で公開されました。

 

発表雑誌

雑誌名:「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States America」
論文タイトル:Emergence of nontrivial magnetic excitations in a spin-liquid state of kagomé volborthite
著者:Daiki Watanabe, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Yoshitaka Suzuki, Takeshi Yajima, Hajime Ishikawa, Zenji Hiroi, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda, and Minoru Yamashita
DOI番号:10.1073/pnas.1524076113
アブストラクトURL:www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1524076113