東大など、極低温でスピンの向きがふらつく純有機物質を発見

東京大学と物質・材料研究機構(NIMS)は、極低温でスピンの向きがふらつく状態(量子スピン液体状態)を示す純有機物質を発見したと発表した。

同成果は、東大 物性研究所の磯野貴之元特任研究員(現NIMS 研究員)、上田顕助教、森初果教授、NIMSの宇治進也超伝導物性ユニット長らによるもの。詳細は、「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載された。

水は温度を下げると、運動エネルギーを失い、水分子が動けなくなった固体(氷)となる。同様に、磁性体中の電子のスピンも、通常は低温では整列しスピンの固体となる。ところが、最近の理論研究では、三角形の格子状に並んだ電子のスピンは、極低温までスピンの向きがふらふらしている液体状態(量子スピン液体状態)を保つことが示唆されている。しかし、実際にそのような量子スピン液体状態が本当に存在するのか、そのスピン状態はどういうものなのか、本質は理解されていないため、量子スピン液体物質の探索が長年行われてきた。

今回、研究グループは、純有機物質であるκ-H₃(Cat-EDT-TTF)₂(Cat-EDT-TTF:カテコール縮環エチレンジチオテトラチアフルバレン)の電子スピンが量子スピン液体状態であることを突き止めた。量子スピン液体状態にある新たな物質の発見は、量子スピン液体状態の理解を理論的に深める上で重要である。また、量子スピン液体の詳細な理解は、高温超伝導体の超伝導メカニズム研究や、新規のデータストレージや通信技術の開発において、新たな指針を提供することが期待されるとコメントしている。