大阪大学研究生院理学研究科的研究生二本木克旭、木田孝则助教和萩原政幸教授等人组成的研究团队，与东京大学物性研究所的金道浩一教授和上床美也教授、广岛大学研究生院先进理工系科学研究科的井上克也教授、大阪公立大学研究生院工学研究科的高阪勇辅助教以及法国尼尔研究所的Julian Zaccaro博士等人合作，成功描绘出手性三角晶格反铁磁体CsCuCl3在极限磁场-压力环境下的磁相图。
图1：强磁场高压环境下的磁化测量装置概略图（左）。在脉冲强磁场和高压发生装置的内部设置样本和磁化检测线圈，在强磁场和高压环境下成功检测出了微弱的磁化信号。三角晶格反铁磁体CsCuCl3的磁场‐压力相图（右）。饱和磁场随着压力的增加向高磁场侧移动，在最高压力为1.7GPa时达到40特斯拉。（供图：大阪大学）
几何阻挫导致电子自旋之间的相互作用变成竞争状态时，会形成诸如自旋液体等奇异量子态，是凝聚态磁性物理领域的研究热点之一。在磁场和压力同时作用的复合极限环境下进行的测量有望为解决这个问题提供线索。
研究团队开发出了可与最大能产生55特斯拉磁场的强磁场发生装置组合使用、最大压力为2GPa的镍铬铝合金高压单元。另外，为观察伴随磁相变产生的磁化信号，采用了基于高频无线电波的电磁振荡（LC法）磁化测量技术，从而发现了手性三角晶格反铁磁体CsCuCl3在磁场和压力下呈现出的多种磁相。
此外，研究团队通过在30特斯拉以上的强磁场下才能观测到的饱和磁场（物质中所有自旋都朝向磁场方向时的磁场大小）与压力的依赖关系，以及与数值计算结果进行比较，获得相关的磁相变机理。还通过实验和理论的互补研究进行了验证。
值得一提的是，通过本实验中使用的新的磁化测量方法具有极高的灵敏度，可以非接触测量出随着磁场和温度变化而出现的相变现象。通过将一个只有几匝的检测线圈插入产生高压的压力单元的狭小空间里，可以测量压力诱导的由量子涨落驱动的相变。将此单元置入脉冲磁体中，从而可以开展高压-强磁场下的磁化特性测量。
萩原教授表示：“该方法不仅适用于研究本实验中所使用的具有磁阻挫的磁性材料，还适用于在强磁场高压环境下研究其他反铁磁或铁磁自旋电子材料，尤其是在磁场中表现出斯格明子等新型自旋排布的手性磁性材料等，可制作出在磁场-压力-温度的完整物理参数空间的相图。通过这些研究可期待在复合极限环境下发现新的物理现象。”
【词注】
■几何阻挫：在三角晶格反铁磁体中，当任何两个自旋反平行时，剩余的一个自旋的方向将无法确定。这种可能引发磁性基态自旋量子涨落的体系被称为几何阻挫体系。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Physical Review B
论文：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
