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量子干渉効果と格子欠陥が磁気準粒子に及ぼす作用を中性子散乱で観測(東京工業大学・青山学院大学)

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2019.8.21

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量子干渉効果と格子欠陥が磁気準粒子に及ぼす作用を中性子散乱で観測(東京工業大学・青山学院大学)

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東京工業大学 理学院 物理学系の栗田伸之助教、田中秀数教授、青山学院大学の山本大輔助教(理工学部 物理・数理学科)、古川信夫教授(理工学部 物理・数理学科)、金坂拓哉さん(研究当時、理工学研究科 理工学専攻基礎科学コース博士前期課程2年)、日本原子力研究開発機構 J-PARCセンターの河村聖子研究副主幹、中島健次研究主席の研究グループは、量子反強磁性体Ba2CoSi2O6Cl2の中性子散乱実験により、この磁性体中ではトリプロンと呼ばれる磁気準粒子が、相互作用のフラストレーションによる量子干渉効果によって全く動けなくなることを確認しました。また、格子欠陥による不対スピンとトリプロンが量子力学的励起状態を形成することを明らかにしました。

通常の磁性体では、磁気準粒子は波のように結晶中を伝搬し、一般にその励起エネルギーは波の波長と進行方向によって異なる値をとります。しかし、磁気準粒子に働く相互作用のフラストレーションが完全な場合には、磁気準粒子は磁性体中を全く動けなくなり、その励起エネルギーが一定になることが理論的に示されていました。本研究では、この現象がBa2CoSi2O6Cl2で起こることを実証するとともに、通常は観測できない格子欠陥の効果が明確になることを示しました。今回の結果は、今後の量子磁性材料の開発につながると期待されます。

この成果は7月13日付けの米国の学術誌「Physical Review Letters」電子版に掲載されました。

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