京都産業大学理学部准教授の堀田知佐氏、東北大学大学院理学研究科准教授の柴田尚和氏は、IFW理論研究所（ドレスデン・ドイツ）研究員の西本理氏と共同で、世界で初めてカゴメ格子構造をもつ磁性体モデルの磁化過程を正確に同定することに成功し、5つの磁化プラトーと呼ばれる、磁場に反応しないスピン状態の存在を明らかにした。

これら磁化プラトーのうち、1/9 プラトーは、磁場中で実現する初めてのスピン液体になる。スピン液体は、固定された構造をとらずに幾何学的フラストレーションと量子力学的揺らぎの効果によって、絶対零度でもスピンの向きが凍結しない状態を指す。

1/9プラトーで今回新しく発見された状態は、Z3スピン液体と呼ばれる、実験のみならず理論モデルでもほとんど見つかったことのない新しいスピン液体。

カゴメ格子とは，竹で編んだ籠の網の目の構造をもつ格子。例えば、ZnCu₃（OH）6Cl2、 Rb₂Cu₃SnF₁₂ のような遷移金属化合物は、このようなカゴメ格子に近い結晶構造を持ち、各格子点（白い網線の交点）上に電子スピンが局在している。

今回，このカゴメ磁性体に磁場を加えたときに現れる磁化曲線を世界で初めて理論的に明らかにした。特に磁場下におけるスピン液体の発見は、多彩なスピン液体の発現機構やその特徴を理論と実験の両面から明らかにする有力な突破口になると考えられ、今後のスピン液体研究の飛躍的な発展につながることが期待される。

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