二次元銅硼酸化物におけるスピンギャップと量子化された磁化のプラトーに関する研究

二维硼氧化铜中自旋间隙和量子化磁化平台的研究

• 批准号: 11740188
• 负责人: 陰山 洋
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11740188/
• 关键词: 磁性; 低次元; スピンギップ; フラストレーション; 磁化プラトー; 直交ダイマー; 厳密な基底状態; 単結晶; 二次元スピンギャップ; 銅硼酸化物; ストライプ構造; 単結晶育成; Shastry-Sutherland模型; 磁化過程; 中性子散乱

SrCu_2(BO_3)_2においてスピン1/2をもつCuのダイマーが二次元面上で直交する特殊な構造に興味をもち磁気的性質を調べた.試料は当初は粉末試料を用いていたが工夫と試行錯誤を重ねた結果,cm単位の良質な大型単結晶育成に成功した.帯磁率の温度変化,比熱測定やESR測定などから結果,この物質がダイマー内相互作用Jとダイマー間相互作用J′の間に強いフラストレーションのある二次元スピンギャップ系であることを示した.J=100K,J′=68K,Δ=35Kと見積もられた.この物質が理論家ShastryとSutherlandによって約20年前に考察された"厳密な基底状態"をもつ模型とトポロジカルに等価であることがわかり多くの理論家と実験家の注目を集めた.美しい基底状態だけではなく,励起状態にも面白い性質を見いだした.それが磁化曲線における量子化されたプラトーである.1.5K以下で45Tまでのパルス磁場磁化測定によって飽和磁化の1/3,1/4,1/8にあたる磁化のところにプラトーを観測した.これはダイマーの直交性によってトリプレット励起が局在した結果生じるものであることがわかった.また非弾性中性子散乱実験によってトリプレット一個の励起は著しく局在しているが二個以上の場合はトリプレット間の相関により動きやすくなるというこの系特有の不思議な磁気励起現象を新たに見いだした.最近ではX線回折などの実験によって395Kで構造相転移が存在することが明らかにした.この転移温度以上ではもともと凸凹があったダイマー面が完全にフラットになる.この転移による磁性の影響などを現在検討しているところである.SrCu_2(BO_3)_2は基底一重項状態と反強磁性状態の量子臨界点近傍にあることが理論的に示唆されたためSrをCa,Baなどに置換して相互作用を変化させることを試みたが反強磁性相を誘起することまでには至っていない.

SrCu_2(BO_3)_2 is a special structure of Cu with 1/2 ratio, and its magnetic properties are modulated by orthogonal structure on quadratic plane. The sample was successfully grown in a large scale with good quality in cm units. Temperature variation of magnetic susceptibility, specific heat determination and ESR determination. The results show that the interaction between substances is strong.J=100K,J′=68K,Δ=35K. This matter is theorized by Shastry Sutherland. It was investigated about 20 years ago. It is the state of the "dense substrate." The basic state of beauty is divided into two parts, and the excited state is divided into two parts. The magnetization curve is quantized and measured at 45T below 1.5 K. The saturation magnetization is measured at 1/3, 1/4, 1/8 T. This is the first time I've ever seen a woman. The magnetic field excitation phenomenon is unique to a non-neutral particle scattering phenomenon, which occurs when one excitation occurs and when two or more excitation occurs, the correlation occurs between the excitation and the non-neutral particle scattering phenomenon. Recently, it has become clear that structural phase shifts exist at 395K due to the actual folding of X-rays. The temperature is above zero. SrCu_2 (BO_3)_2 is a single term state on the substrate and near the quantum critical point of antiferromagnetic state.

项目成果

陰山 洋: "Single Crystal Growth of the Two-Dimensional Spin Gap System SrCu_2(BO_3)_2"Journal of Crystal Growth. 206. 65-67 (1999)

Hiroshi Kageyama：“二维自旋间隙系统 SrCu_2(BO_3)_2 的单晶生长”晶体生长杂志 206. 65-67 (1999)

H.Kageyama: "New Two-Dimensional Spin Gap Material SrCu_2(BO_3)_2"J.Phys.Soc.Jpn.Suppl.B. 69. 65-71 (2000)

H.Kageyama：“新型二维自旋间隙材料SrCu_2(BO_3)_2”J.Phys.Soc.Jpn.Suppl.B。

K.Onizuka: "1/3 Magnetization Plateau in SrCu_2(BO_3)_2 -Stripe Order of Excited Triplets"J.Phys.Sov.Jpn. 69. 1016-1018 (2000)

K.Onizuka：“SrCu_2(BO_3)_2 中的 1/3 磁化平台 - 激发三重态的条纹顺序”J.Phys.Sov.Jpn。

陰山 洋: "Anomalous Magnetizations in Single Crystalline SrCu_2(BO_3)_2"Journal of the Physical Society of Japan. 68. 1821-1824 (1999)

Hiroshi Kageyama：“单晶 SrCu_2(BO_3)_2 中的异常磁化”日本物理学会杂志 68。1821-1824 (1999)

野尻 浩之: "Direct Observation of the Multiple Spin Gap Excitations in Two-Dimensional Dimer System SrCu_2(BO_3)_2"Journal of the Physical Society of Japan. 68. 2906-2909 (1999)

Hiroyuki Nojiri：“二维二聚体系统 SrCu_2(BO_3)_2 中多重自旋间隙激发的直接观察”日本物理学会杂志 68. 2906-2909 (1999)