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論文

Unique magnetic transition process demonstrating the effectiveness of bond percolation theory in a quantum magnet

Zheng, X.-G.*; 山内 一宏*; 萩原 雅人; 西堀 英治*; 河江 達也*; 渡邊 功雄*; 内山 智貴*; Chen, Y.*; Xu, C.-N.*

Nature Communications (Internet), 15, p.9989_1 - 9989_12, 2024/11

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54335-6
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)

Like the crystallization of water to ice, magnetic transition occurs at a critical temperature after the slowing down of dynamically fluctuating short-range correlated spins. Here, we report a unique type of magnetic transition characterized by a linear increase in the volume fraction of unconventional static short-range-ordered spin clusters, which triggered a transition into a long-range order at a threshold fraction perfectly matching the bond percolation theory in a new quantum antiferromagnet of pseudo-trigonal Cu$$_{4}$$(OH)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$. Static short-range order appeared in its Kagome lattice plane below Ca. 20 K from a pool of coexisting spin liquid, linearly increasing its fraction to 0.492(8), then all Kagome spins transitioned into a stable two-dimensional spin order at $$T$$_${rm N}$$$ = 5.5 K. Inspection on the magnetic interactions and quantum magnetism revealed an intrinsic link to the spin liquid material Herbertsmithite, ZnCu$$_${3}$$$(OH)$$_${6}$$$Cl$$_${2}$$. The unconventional static nature of the short-range order was inferred to be due to a pinning effect by the strongly correlated coexisting spin liquids. This work presents a unique magnetic system to demonstrate a complete bond percolation process toward the critical transition. Meanwhile, the unconventionally developed magnetic order in this chemically clean system should shed new light on spin-liquid physics.

論文

Precise magnetization measurements down to 500 mK using a miniature $$^3$$He cryostat and a closed-cycle $$^3$$He gas handling system installed in a SQUID magnetometer without continuous-cooling functionality

島村 一利*; 輪島 裕樹*; 牧野 隼士*; 阿部 聡*; 芳賀 芳範; 佐藤 由昌*; 河江 達也*; 吉田 靖雄*

Japanese Journal of Applied Physics, 61(5), p.056502_1 - 056502_7, 2022/05

https://doi.org/10.35848/1347-4065/ac5bb0
 被引用回数：3 パーセンタイル：7.68(Physics, Applied)

We have conducted precise magnetization measurements down to 500 mK using a commercial magnetometer. The gas handling system contains two sorption pumps filled with granular charcoals. $$^3$$He gas is pressurized up to ambient pressure for liquification at 3 K and the vapor is pumped for cooling. We demonstrate the performance of the system by observing the Meissner effect of aluminum below the superconducting transition temperature.

論文

Non-Fermi liquid behavior in nonlinear susceptibility in Pr$$_{0.05}$$La$$_{0.95}$$Pb$$_3$$

河江 達也*; 古賀 幹人*; 佐藤 由昌*; 牧山 駿*; 稲垣 祐次*; 立岩 尚之; 藤原 哲也*; 鈴木 博之*; 北井 哲夫*

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.012030_1 - 012030_6, 2014/06

https://doi.org/10.7566/JPSCP.3.012030

Pr$$_{0.05}$$La$$_{0.95}$$Pb$$_3$$において非線形磁化率$${chi}_3$$の測定を行った。$${chi}_3$$は多極子の自由度が反映される。2.5K以下で$${chi}_3$$の温度依存に$$lnT$$依存が観測され非フェルミ流体的特性が明らかとなった。この結果は、四極子の伝導電子による遮蔽効果が異常な低温物性の起源であることを示唆し、Pr$$_{0.05}$$La$$_{0.95}$$Pb$$_3$$における四極子の自由度の存在を意味する。

論文

Nonlinear susceptibility measurement for quadrupolar response in a dilute $${Gamma}_3$$ non-Kramers doublet system Pr$$_{0.05}$$La$$_{0.95}$$Pb$$_{3}$$

河江 達也*; 古賀 幹人*; 佐藤 由昌*; 牧山 駿*; 稲垣 裕次*; 立岩 尚之; 藤原 哲也*; 鈴木 博之*; 北井 哲夫*

Journal of the Physical Society of Japan, 82(7), p.073701_1 - 073701_4, 2013/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.82.073701
 被引用回数：11 パーセンタイル：54.63(Physics, Multidisciplinary)

四極子近藤効果の検出のため、Pr$$_{0.05}$$La$$_{0.95}$$Pb$$_{3}$$における非線形磁化率$${chi}_3$$の測定を行った。磁場を[100], [110]に加えた場合、$${chi}_3$$には対数的な温度依存:非フェルミ流体的振舞が観測された。これは四極子モーメントの遮蔽を意味する。一方、磁場を[111]に加えるとそのような異常は観測されなかった。得られた実験結果は、Prイオンの4$$f$$電子の基底波動関数$${Gamma}_3$$が各種異常な物性に主要な役割を果たしていることを意味する。

論文

Pressure-induced valence change in the rare earth metals; The Case of praseodymium

立岩 尚之; 中川 彰利*; 藤尾 和彦*; 河江 達也*; 竹田 和義*

Journal of Alloys and Compounds, 408-412, p.244 - 247, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.04.032
 被引用回数：2 パーセンタイル：21.23(Chemistry, Physical)

希土類単体プラセオジミウム(Pr)は20GPaにおいてd-fcc結晶構造(Pr-III相)から$$alpha$$-U型(Pr-IV相)へと結晶構造が変化する。この転移は16%に及ぶ体積収縮を伴い、Prイオンの価数転移に起因すると考えられている。高圧相では2つの4f電子が遍歴的電子状態にあると考えられる。Pr-IV相の電子状態を調べるため、われわれは32GPaまでダイヤモンドアンビルセルを用いた高圧下電気抵抗測定を行った。Pr-IV相における電気抵抗の温度依存性は上に凸の特徴を示し、4f電子はフェルミエネルギー近傍で狭い準粒子バンドを形成することが示唆される。また、Pr-IV相では$$T_0$$で電気抵抗異常が出現する。低温における電気抵抗の磁場依存性などから考慮して、磁気的基底状態が示唆される。$$T_0$$の起源について議論する。

口頭

ボンドパーコレーション理論を実証した新規量子磁性体のユニークな磁気転移の発見

萩原 雅人; Zheng, X.-G.*; 山内 一宏*; 西堀 英治*; 河江 達也*; 渡邊 功雄*; 内山 智貴*; Chen, Y.*; Xu, C.-N.*

no journal, , 

対象としている系において、構成要素の繋がりが増える際の全体の振舞を表すパーコレーションCs$$_{3}$$理論は、生物学をはじめ様々な分野において適応されている。物質科学においても、高温超伝導やCs$$_{3}$$量子異常ホール効果においてその有効性は議論されている。一方で相転移の代表例である磁性体のCs$$_{3}$$磁気転移においては、パーコレーション理論が適応された実験例は、今までに報告されていない。S=1/2量子磁性体銅水酸塩化物Cu$$_{4}$$(OH)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$は、磁気中間相の秩序の有無が争点であるclinoatacamiteを含む、複数の多形体が存在するが、新たな準三方晶Cu$$_{4}$$(OH)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$において、非常にユニークな振舞Cs$$_{3}$$が見られた。中性子回折から、T$$_{N}$$=5.5K以下において(111)面のカゴメ格子の部分長距離秩序を見Cs$$_{3}$$出した。ただしclinoatacamiteで磁気異常が見られたT$$_{N}$$$$sim$$20Kの中間相では磁気反射は観測されなかCs$$_{3}$$った。$$mu$$SR測定からT*$$sim$$20Kから部分スピン液体状態と共存する短距離秩序スピンクラスターの割Cs$$_{3}$$合が降温に従い線形的に増えていく様子が観測された。T$$_{N}$$直前においてはカゴメ格子上で0.492の割合まで増えた時点で一気に長距離秩序に移行し、ボンドパーコレーションプロセスと非常に良いCs$$_{3}$$一致が見られた。新規準三方晶Cu$$_{4}$$(OH)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$の部分スピン液体状態と特異相転移を解明したことで、clinoatacamiteの中間相の解明はもとより、スピン液体候補物質のherbertsmithiteの再検証にも繋がることが期待される。

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