大阪大學研究生院理學研究科的研究生二本木克旭、木田孝則助教和萩原政幸教授等人組成的研究團隊，與東京大學物性研究所的金道浩一教授和上牀美也教授、廣島大學研究生院先進理工系科學研究科的井上克也教授、大阪公立大學研究生院工學研究科的高阪勇輔助教以及法國尼爾研究所的Julian Zaccaro博士等人合作，成功描繪出手性三角晶格反鐵磁體CsCuCl3在極限磁場-壓力環境下的磁相圖。
圖1：強磁場高壓環境下的磁化量測裝置概略圖（左）。在脈衝強磁場和高壓發生裝置的内部設置樣本和磁化檢測線圈，在強磁場和高壓環境下成功檢測出了微弱的磁化訊號。三角晶格反鐵磁體CsCuCl3的磁場‐壓力相圖（右）。飽和磁場隨着壓力的增加向高磁場側行程，在最高壓力爲1.7GPa時達到40特士拉。（供圖：大阪大學）
幾何阻挫導致電子自旋之間的相輔作用變成競爭狀態時，會形成諸如自旋液體等奇異量子態，是凝聚態磁性物理可用能領域的研究熱點之一。在磁場和壓力同時作用的復合極限環境下進行的測量有望爲解決這個問題提供線索。
研究團隊開發出了可與最大能產生55特士拉磁場的強磁場發生裝置組合使用、最大壓力爲2GPa的鎳鉻鋁合金高壓單元。另外，爲觀察伴隨磁相變產生的磁化訊號，採用了基於高頻廣播無線電的電磁振盪（LC法）磁化測量技術，從而發現了手性三角晶格反鐵磁體CsCuCl3在磁場和壓力下呈現出的多種磁相。
此外，研究團隊透過在30特士拉以上的強磁場下才能觀測到的飽和磁場（物質中所有自旋都朝向磁場方向時的磁場大小）與壓力的依賴關係，以及與數值計算結果進行比較，獲得相關的磁相變機制。還透過實驗和理論的互補研究進行了驗證。
值得一提的是，透過本實驗中使用的新的磁化量測方法具有極高的靈敏度，可以非接觸測量出隨着磁場和溫度變化而出現的相變現象。透過將一個只有幾匝的檢測線圈插入產生高壓的壓力單元的狹小空間裏，可以測量壓力誘導的由量子漲落驅動的相變。將此單元置入脈衝磁體中，從而可以開展高壓-強磁場下的磁化特性測量。
萩原教授表示：「該方法不僅適用於研究本實驗中所使用的具有磁阻挫的磁性材料，還適用於在強磁場高壓環境下研究其他反鐵磁或鐵磁自旋電子材料，尤其是在磁場中表現出斯格明子等新型自旋排布的手性磁性材料等，可製作出在磁場-壓力-溫度的完整物理參數空間的相圖。透過這些研究可期待在復合極限環境下發現新的物理可用能現象。」
【詞注】
■幾何阻挫：在三角晶格反鐵磁體中，當任何兩個自旋反平行時，剩餘的一個自旋的方向將無法確定。這種可能引發磁性基態自旋量子漲落的階層被稱爲幾何阻挫階層。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Physical Review B
論文：Magnetic field and pressure phase diagrams of the triangular-lattice antiferromagnet CsCuCl3 explored via magnetic susceptibility measurements with a proximity-detector oscillator
DOI：doi.org/10.1103/PhysRevB.105.184416
