磁気フラストレーションを利用して新しい量子状態を探る(Using magnetic frustration to probe new quantum possibilities)

2026-01-21 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

米国のカリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)の研究チームは、磁気フラストレーションを利用して新たな量子状態や量子現象を探る研究を進めている。磁気フラストレーションとは、結晶格子内でスピン同士の相互作用が競合し、安定した配置を取れない状態を指す。この特殊な環境では、通常の磁性体では現れない量子スピン液体などのエキゾチックな量子相が出現する可能性がある。研究者らは、人工的に設計した格子構造やモデル系を用いて、フラストレーションが量子相転移や励起状態に与える影響を詳細に解析している。これらの成果は、量子材料の基礎理解を深めるとともに、将来的な量子計算や量子情報技術への応用につながる基盤研究として重要視されている。

<関連情報>

三角格子反強磁性体におけるインターリーブ結合フラストレーション Interleaved bond frustration in a triangular lattice antiferromagnet

S. J. Gomez Alvarado,J. R. Chamorro,D. Rout,J. Hielscher,Sarah Schwarz,Caeli Benyacko,M. B. Stone,V. Ovidiu Garlea,A. R. Jackson,G. Pokharel,R. Gomez,B. R. Ortiz,Suchismita Sarker,L. Kautzsch,L. C. Gallington,R. Seshadri & Stephen D. Wilson
Nature Materials  Published:22 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02380-x

磁気フラストレーションを利用して新しい量子状態を探る(Using magnetic frustration to probe new quantum possibilities)

Abstract

Frustration of long-range order via lattice geometry amplifies fluctuations and generates ground states that are highly sensitive to perturbations. Traditionally, geometric frustration is used to engineer unconventional magnetic states; however, the charge degree of freedom and bond order can be similarly frustrated. Finding materials that host both frustrated magnetic and bond networks holds promise for engineering structural and magnetic states with the potential of coupling to one another via either magnetic or strain fields. Here we identify an unusual instance of this coexistence in the triangular lattice antiferromagnets LnCd3P3 (Ln = lanthanides). These compounds feature two-dimensional planes of unique trigonal planar CdP3 units with an underlying bond instability that is frustrated via emergent kagome ice correlations. This bond instability is interleaved in between layers of frustrated magnetic moments. Our results establish LnCd3P3 as a rare materials class in which frustrated magnetism is embedded within a dopable semiconductor with a frustrated bond order instability.

1700応用理学一般
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