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数物系科学

2025.11.27

多様な元素置換が可能な歪んだ叁角格子反强磁性体を開発 ――「复合アニオン化合物」で磁性の一次元化の謎に迫る――

【ポイント】

?レニウム原子が异方的叁角形格子のネットワークを持つ全7种类の新物质群の开発に成功。
?フラストレーションを利用した磁性の一次元化机构によって朝永(ともなが)-ラッティンジャー液体状态を実现。
?复合アニオン化合物において、元素置換により磁性を自在に制御するための物質開発指針を与える。

 

東京大学物性研究所の厳正輝助教、小濱芳允准教授、河村光晶助教(研究当時)、廣井善二教授、杏Map大学院工学研究科の平井大悟郎准教授、矢島健准教授、東北大学大学院理学研究科の森田克洋助教、同大学多元物質科学研究所の那波和宏准教授、佐藤卓教授、高エネルギー加速器研究機構の幸田章宏教授、日本原子力研究開発機構J-PARCセンターの古府麻衣子研究副主幹(研究当時)らの共同研究グループは、磁性を持つレニウム原子が異方的に歪んだ三角形格子のネットワークを持つ复合アニオン化合物(注1)の開発に成功し、非磁性元素の置換によって磁気的性質を自在に制御できることを明らかにしました。
本研究では全7种类の新物质群を合成し、その磁気的性质を详细に调べたところ、いずれの物质も低温で「磁性の一次元化」(注2)と呼ばれる现象が起きることが明らかになりました。さらに、一部の物质では极低温まで磁気相転移を起こさず、朝永-ラッティンジャー液体(注3)状态を実现することを见出しました。
本研究成果は、2025年11月26日付(現地時間)の英国科学誌Nature Communicationsに掲載されます。

 

◆详细(プレスリリース本文)はこちら

 

【用语説明】

(注1)复合アニオン化合物
通常の酸化物やハロゲン化物とは异なり、复数の种类の阴イオン(=アニオン)を构成元素に含む化合物。本研究で开発した物质では、酸素イオンに加えて塩素イオンもしくは臭素イオンが含まれ、レニウム原子の周りを取り囲んで特殊な结晶构造を形成している。

(注2)磁性の一次元化
磁気的なフラストレーションを有する二次元もしくは叁次元の格子ネットワークを持つ系において、スピン状态の竞合や揺らぎによって一方向にだけ强い磁気的な相関が実効的に働くことによって、一次元のスピン锁で见られる磁気的振る舞いが観测される现象。

(注3)朝永(ともなが)-ラッティンジャー液体
一次元スピン锁に特有の「秩序なき量子状态」である。电子スピンが「スピノン」と呼ばれる分数化した励起として振る舞い、相関が距离とともにべき乗で减衰する性质を持つ。中性子散乱では连続体スペクトルとして観测され、低温の比热は温度に比例する。本研究では、これらの特徴が全て実験的に観测された。

 

【论文情报】

雑誌名:Nature Communications
題 名:Chemically tunable quantum magnetism on the anisotropic triangular lattice in rhenium oxyhalides
著者名: M. Gen*, D. Hirai, K. Morita, K. Nawa, S. Kogane, N. Matsuyama, T. Yajima, M. Kawamura, K. Deguchi, A. Koda, M. Kofu, S. Ohira-Kawamura, T. J. Sato, A. Matsuo, K. Kindo, Y. Kohama, and Z. Hiroi
DOI: 10.1038/s41467-025-65913-7
URL:

 

【研究代表者】

(平井先生)

(矢岛先生)