【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.28】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22OS0009

利用課題名 / Title

量子スピン液体物質RuCl₃の精密構造観察

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学 / Osaka Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

量子スピン液体物質,電子顕微鏡/Electron microscopy

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

高瀬 浩一

所属名 / Affiliation

日本大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

清水智弘

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

OS-003：200kV原子分解能走査透過分析電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

近年、量子スピン液体物質へ物理学的な興味が高まり、世界中で精力的な研究が進められている。これまでのところ、量子スピン液体物質として「市民権」を得ているのは、RuCl3のみである。この物質は、六角格子状に配置されたルテニウム元素が二次元平面を形成し、これが結晶のc*方向に積み重なった構造をしている。ルテニウム元素に積み重なりにはABABスタッキングとABCスタッキングがあり、どの積み重なりがあるかで、低温における反強磁性転移温度が異なるとの報告がある。しかしながら、この積み重なりに関する直接観察の事例は、これまでのところなく、RuCl₃の物性を深く理解するためにも、積み重なりの直接観察は必要不可欠な課題となっている。

実験 / Experimental

高純度化学研究所より購入したRuCl₃粉末試料を石英管に真空封入し、化学気相法による単結晶育成を行なった。これにより、大きいもので数ミリメートル角の板状試料が得られた。これら試料のうち小さなものを選択し、共同研究者の清水教授（関西大学）の研究室にて断面のFIB加工により薄片化を進め、これを実験に使用した。電子顕微鏡観察には、研究センターのJEM-ARM200Fを使用し、室温での断面観察を実施した。

結果と考察 / Results and Discussion

RuCl₃試料の断面を観察したところ、５〜１０原子層では方位が揃っていたが、これらの塊が６０度づつ回転して堆積して様子が確認された。このため、ABスタッキングとABCスタッキングの塊が混在する構造になっていた。また、試料内でアモルファス状に結晶が成長している場所も多く観察された。これまでの報告によると化学気相法で育成された結晶では、量子化現象は確認されておらず、ブリッジマン法で育成された試料だけが量子スピン物質とされている。このような違いは、化学気相法で作成した試料では、２つのスタッキングが混在していることと、アモルファス状結晶も存在している点が関係しているのかもしれない。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

なし

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件