1次元量子反強磁性体におけるスピンの動的相関

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最近,低次元磁性体で現れるスピンギャップ等の物理現象の研究が,高温超伝導の発現機構の解明を含む一連の研究の中で活発に行われている。1次元量子反強磁性体のスピンの動的相関を理解することは,そのような研究において基礎を与える点で,また,未だ完全には理解されていない1次元量子スピン系の物理自体を理解する上でも重要である。本研究では,特に適当な候補があまりなかった為にこれまで実験的研究がほとんどなされていないS=1/2の1次元ハイゼンベルグ反強磁性体を対象に,その有限温度でのスピンの動的相関を実験的に解明することを目的とした研究を行った。無機物質として初めてスピンパイエルス転移が発見されたCuGeO_3はまさにこの候補物質であり,核磁気共鳴法(NMR)と核四重極共鳴法(NQR)を用いて,その電子状態とスピンの動的相関を調べた。まず、単結晶試料を用いたNMRの詳細な研究から,銅サイトの超微細相互作用の構造と微視的な磁気的性質を理解すると共に,その電子状態はrhombicな対象性を持った結晶場中の単一イオンモデルで記述できることを明らかにした。さらに,NQRの核スピン格子緩和率1/T_1と核スピンスピン緩和率1/T_<2G>の温度変化の測定から,1次元ハイゼンベルグ反強磁性体に特徴的な1/T_<2G>の温度変化を見いだした。特に,最近進展したS=1/2の1次元ハイゼンベルグ反強磁性体の核磁気緩和の理論的研究との詳細な比較検討から、この系での動的帯磁率x(q,ω)と静的帯磁率x(q)の特徴を実験的に解明した。その結果,概略的には,S=1/2の1次元ハイゼンベルグ反強磁性体モデルで説明するが,鎖内第2近接相互作用を考慮する必要があることを明らかにした。