東大ら,スピンによる熱流が磁場で曲がる原理を解明

東京大学と北海道大学は共同で,カゴメ反強磁性体Caカペラサイト石(CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2O)で実現しているスピン液体相で,熱流が磁場によって曲げられる「熱ホール効果」が起きていることを発見した(ニュースリリース)。

そして,Schwinger-boson法という計算手法を用いてスピン液体相でのベリー位相と呼ばれる量子力学的効果を取り入れた計算を行なった結果,観測された熱ホール効果を非常に高い精度で再現することに成功した。

通常,熱ホール効果は電気の流れる金属で現れる現象で,Caカペラサイト石のような電気の流れない絶縁体ではどのようなメカニズムで現れているのか不明だった。今回,Caカペラサイト石で広い温度範囲にわたって高精度の熱ホール測定を行なったことで,スピン液体相でのベリー位相効果を取り入れた理論計算との詳細な比較が初めて可能になったという。

この研究成果は,カゴメ反強磁性体におけるスピン液体のトポロジー現象の一端を明らかにするもので,磁性体中のスピンを用いた熱流の制御や,謎の多い量子スピン液体形成の起源の解明にもつながることが期待されるとしている。

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