量子磁性：金属双極子磁性体における巨大磁気熱量効果とスピン超固体

スピン超固体は、固体と超流動体の秩序を同時に示す超固体の磁気類似物であり、強い低エネルギーゆらぎとそれに伴うエントロピー効果を示す有望なサブケルビン冷媒として注目されている。しかし、厳しい前提条件があるため、これまでその存在は特定の磁性絶縁体に限定されていた。今回我々は、優れた電気伝導性と熱伝導性を有する優良な金属である希土類化合物EuCo₂Al₉（ECA）に、金属スピン超固体を発見したことを報告する。高スピンEu²⁺イオンが、三角層が積み重なった三次元格子を形成し、その中で、ルーダーマン–キッテル–糟谷–芳田（RKKY）相互作用と双極子相互作用の両方が関与する機構を通してスピン超固体状態が安定化されている。中性子回折によってスピン超固体性の微視的証拠が示され、この合金における面直スピン秩序と面内スピン秩序の共存が実証された。我々のRKKY–双極子モデルは、ECAにおける金属スピン超固体のY相およびV相を、1/3磁化プラトーと共にうまく説明している。これらの相内で観測された非古典的な磁化挙動は、おそらく伝導電子によって増強された顕著な量子ゆらぎを示している。局在モーメントによって伝導電子が散乱されるため、抵抗測定によってスピン超固体転移の輸送指標が得られる。ECAは、断熱消磁過程を通して106 mKまでという非常に低い冷却温度を達成し、磁気グリューナイゼン比に明確な異常が現れる巨大磁気熱量効果を示した。ECAは、初の金属スピン超固体の1つであることが示され、この化合物は、低い冷却温度、大きな磁気エントロピー、非常に高い熱伝導率を併せ持ち、高性能サブケルビン冷却に適していた。

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