量子スピン液体物質における新発見 －予測とは異なる1次元的スピンダイナミクスの誘因を解明－

【概要説明】　

　理化学研究所（理研）開拓研究本部上野核分光研究室の大島勇吾専任研究員、古崎物性理論研究室の妹尾仁嗣専任研究員（創発物性科学研究センター量子物性理論研究グループ専任研究員）、加藤分子物性研究室（研究当時）の加藤礼三主任研究員（研究当時、現理研研究政策審議役）、仁科加速器科学研究センター核構造研究部の渡邊功雄専任研究員、芝浦工業大学工学部の石井康之教授（多重極限電子物性研究室）、熊本大学先進マグネシウム国際研究センターの圓谷貴夫准教授らの国際共同研究グループは、「量子スピン液体[1]」の状態にあると考えられていた分子磁性体において、これまでの予測とは異なる「1次元的な量子スピン液体」の状態が成立していることを発見しました。
　本研究成果は、量子スピン液体の理解に新たな視点を提供し、今後の研究の発展に大きく貢献することが期待されます。
今回、国際共同研究グループは、三角格子を有する分子磁性体β'-EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2が、フラストレート（競合）した2次元的な磁気ネットワークを持つにもかかわらず、1次元的なスピンダイナミクス[2]を持つことを観測することに成功しました。この系に特徴的な分子軌道自由度を考慮した第一原理計算[3]に基づく計算手法を導入して実験結果の解釈を行い、幾何学的磁気フラストレーション[4]による競合と分子軌道間の揺らぎがスピンダイナミクスの1次元化を誘発することを示し、「次元の縮小効果（dimensional reduction）[5]」がこの物質の量子スピン液体挙動の起源であることを結論付けました。
本研究は、米国物理学会の科学雑誌『Physical Review Letters』オンライン版（12月3日付）に掲載されました。

【展開】

　本研究成果は、量子スピン液体の理解に新たな視点を提供し、今後の研究の発展に大きく貢献することが期待されます。特に、幾何学的磁気フラストレーションによるスピンダイナミクスの1次元化現象や、新たな理論と計算手法を用いたその解釈は、他の量子スピン液体候補物質にも適用可能であり、今後の基礎研究において重要な進展をもたらすと考えられます。
　さらに、量子スピン液体の特異な性質は、量子コンピュータやスピントロニクスデバイスなど、次世代技術に応用される可能性があります。今回の研究は、その基盤となる重要なステップであり、今後の技術革新への道を開くものであると考えられます。

（論文情報）

＜タイトル＞Quasi-one-dimensional Spin Dynamics in a Molecular Spin Liquid System
＜著者名＞
Yugo Oshima, Yasuyuki Ishii, Francis L. Pratt, Isao Watanabe, Hitoshi Seo, Takao Tsumuraya, Tsuyoshi Miyazaki, and Reizo Kato
＜雑誌＞Physical Review Letters
＜DOI＞10.1103/PhysRevLett.133.236702

【詳細】　プレスリリース（PDF252KB）

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