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スピンラダー系銅酸化物におけるスピンギャップと輸送特性

自旋梯铜氧化物中的自旋间隙和输运特性

基本信息

批准号：
00J06203
负责人：
工藤一貴
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

最近、幾つかの低次元量子スピン系において、マグノンによる熱伝導κ_<magnon>の存在が指摘されており、興味が持たれている。本年度は、低次元量子スピン系における熱輸送とスピン状態の関係を調べるために、4本足梯子格子系La_2Cu_2O_5、1次元スピン鎖系Ca_2Y_2Cu_5O_<10>、3次元スピンダイマー系TlCuCl_3の単結晶の熱伝導率を磁場中で測定した。1.4本足梯子格子系La_2Cu_2O_5TSFZ法を用い、育成が困難と言われていたLa_2Cu_2O_5の大型単結晶の育成に世界で初めて成功した。熱伝導率は非常に異方性が大きく、b軸方向(梯子の足方向)の熱伝導率κ_bとa軸方向(梯子面に垂直方向)の熱伝導率κ_aの異方性は最大で20程度にもなった。それは、スピン間の交換相互作用Jの異方性、すなわち、κ_<magnon>の異方性として定性的に説明され、すなわち、b軸方向ではκ_<magnon>の寄与が大きいと結論された。また、この系のκ_<magnon>は非常に大きいが、それは、b軸方向のスピン相関が反強磁性的であり、かつ、Jが〜1000Kと大きいことから、マグノンの速度が速いためと考えられた。2.1次元スピン鎖系Ca_2Y_2Cu_5O_<10>a軸方向(1次元鎖に平行方向)の熱伝導率κ_aは、T_N(30K)以下でわずかな上昇を示し、磁場を印加するとスピンフロップ磁場H_<SF>で突然ジャンプすることがわかった。この急激な変化は、熱伝導率測定がスピン状態の変化を捕捉するプローブとなることを示している。また、熱伝導率の値が小さいことから、この系のκ_<magnon>は小さいと考えられるが、それは、鎖内のスピン相関が強磁性的であり、マグノンの速度が遅いためであると理解できた。3.3次元スピンダイマー系TlCuCl_3ゼロ磁場における[2 0 1]方向の熱伝導率が、スピンギャップの形成される30K以下で上昇し、4K付近にピークを示すことがわかった。そのピークは、H<〜7Tまでは磁場を印加することにより抑制されるが、一方、H>〜7Tでは、再び熱伝導率が増加し、新たなピークが低温で成長することがわかった。熱伝導の増加しはじめる温度が、この系において提唱されているマグノンの磁場誘起ボーズアインシュタイン凝縮の転移温度と一致したことから、それがボーズ凝縮を反映したマグノン熱伝導の急激な増加として説明できる可能性のあることがわかった。

Recently, several low-dimensional quantum particles have been detected, and the existence of heat conduction has been criticized and interesting<magnon>. This year, the thermal conductivity of single crystals of low-and fourth-dimensional quantum systems La_2Cu_2O_5, first-and third-dimensional quantum systems Ca_2Y_2Cu_5O_3 <10>and TlCuCl_3 was measured in the magnetic field. 1.4 La_2Cu_2O_5TSFZ method is difficult to use and grow in the world. The thermal conductivity is extremely anisotropic, and the thermal conductivity κ_b in the b-axis direction (the foot direction of the ladder) and the thermal conductivity κ_a in the a-axis direction (the vertical direction of the ladder plane) have a maximum anisotropy of 20 degrees. A qualitative explanation of the anisotropy of the exchange interaction <magnon>between the two axes is given, and a conclusion is drawn<magnon>.また、この系のκ_<magnon>は非常に大きいが、それは、b轴方向のスピン相关が反铁磁性的であり、かつ、Jが〜1000Kと大きいことから、マグノンの速度が速いためと考えられた。2.1 The <10>thermal conductivity κ_a of Ca_2Y_2Cu_5O_ a axis direction (parallel direction of Ca_2Y_2Cu_5O_a axis) of three-dimensional lock system increases below T_N(30K), and the magnetic field increases suddenly<SF>. The thermal conductivity of the sample is measured by the thermal conductivity of the sample. The value of thermal conductivity is small, and the system is small<magnon>. 3.3 The thermal conductivity in the magnetic field direction of TlCuCl_3 increases below 30K and decreases below 4 K. For example, when H<~ 7T, the magnetic field is suppressed. When H>~ 7 T, the thermal conductivity increases. When H <~ 7T, the thermal conductivity increases. The temperature of heat conduction increases, the temperature of heat conduction increases, the temperature of heat conduction decreases, and the temperature of heat conduction decreases.