量子スピン液体状態を示す純有機物質の発見

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) となります。同様に、磁性体中の電子のスピン (S = 1/2: 電子が持つ固有の磁気モーメント) も、通常は低温では整列しスピンの固体となります。

ところが最近の精力的な理論研究は、三角格子上のスピンは、極低温まで液体状態 (量子スピン液体状態) を保つことを示唆しています。ただ、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ました。

本研究では、東京大学物性研究所の森　初果教授、磯野貴之元特任研究員 (現物質・材料研究機構NIMSポスドク) 、上田　顕助教グループが、水素結合系の単成分純有機伝導体 (注1) を探索している途上、物質・材料研究機構超伝導物性ユニットの宇治進也ユニット長のグループと共同で、純有機物質κ-H₃(Cat- EDT-TTF)₂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ました。 (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 )

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と期待されています。