スピン・ギャップを有する低次元量子スピン系における反強磁性長距離秩序と新物質探索

具有自旋间隙的低维量子自旋系统中的反铁磁长程有序及新材料的探索

• 批准号: 12046223
• 负责人: 益田 隆嗣
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12046223/
• 关键词: スピン・パイエルス系; 反強磁性状態; フラストレーション; 圧力効果; 不純物効果; 磁化率測定; X線回折

スピン・パイエルス物質CuGeO_3に不純物を置換することによりスピン・パイエルス(SP)相が抑制されるとともに反強磁性相が誘起されることが知られている。また、さらに高濃度に不純物を置換することによりSP相は消失することも知られている。そこで、私はSP相が消失した高濃度に置換された試料における圧力効果の研究を行った。磁化率測定を行った結果、圧力印加により通常の反強磁性体からスピン・ギャップを有する系へと変化していることが明らかとなった。そこで、このスピン・ギャップを有する相が、格子歪みを伴うSP相であることを明らかにするために、低温高圧下における放射光X線回折実験を行った。大気圧下においては、過去に報告されている通り、不純物によりSP相は消失し超格子ピークは観測されなかった。ところが、1GPaにおいて格子二量体化に伴う超格子ピークが観測された。磁化率で、何らかのスピン・ギャップを伴う相転移が圧力により誘起された結果とあわせて考えると、不純物により消失したSP相が圧力により誘起されることが明らかとなった。磁化率測定から、鎖内最近接スピン相互作用(J_1)と次近接スピン相互作用(J_2)のフラストレーション(α)が増大することが知られてい乱また中性子散乱から鎖間相互作用(J')の増大が報告されている。鎖間相互作用J'の増大は、SP相を不安定化し、反強磁性相を安定化させる。しかし、実験結果から、圧力印加によりSP相が復活していることから、スピン相互作用のフラストレーションαの増大がSP相を安定化させると考えないと実験結果は説明できない。この系においてはJ'とαの競合が生じており、大気圧下においては前者の効果が主となり反強磁性状態が実現しているのにたいし、圧力下においては後者の効果が主となり、SP相が実現されていると考えられる。本研究により、次近接相互作用と最近接相互作用との競合が存在するスピン・パイエルス系の物理の理解が深まった。

众所周知，通过用杂质替换自旋peerls材料cugeo_3，抑制了自旋 - peerls（sp）相，并诱导抗铁磁相。众所周知，SP相通过更高浓度替换杂质而消失。因此，我研究了对SP相消失的高浓度取代的样品的压力效应。由于测量了磁敏感性，据表明，压力的应用从正常的抗铁磁材料变为具有自旋间隙的系统。因此，为了阐明该自旋隙的相是带有晶格失真的SP相，在低温和高压下进行了同步X射线衍射实验。如前所述，在大气压下，SP相由于杂质而消失，未观察到超晶格峰。然而，在1 GPA处观察到一个伴随格子二聚化的超晶格峰。考虑到磁敏感性，当压力引起某种自旋隙的相变时，揭示了杂质消失的SP相位是由压力引起的。易感性测量结果表明，内在的自旋相互作用（J_1）的挫败感（α）和下一个最近的自旋相互作用（J_2）增加，并且报告了互动互动（J'）因干扰和中子散射而增加。增加的链相互作用J'破坏了SP相位，并稳定了抗铁磁相。但是，从实验结果中，SP相通过压力的施加来恢复，因此，除非旋转相互作用的挫败感α的增加使SP相稳定，否则无法解释实验结果。在该系统中，J'和α之间发生竞争，虽然前者主要在大气压下使用，并且实现了抗磁性状态，而后一种效应主要在压力下使用，而SP相被认为是可能的。这项研究加深了我们对旋转体系统物理学的理解，在旋转体系统中，隔壁和最近的相互作用之间存在竞争。

项目成果

T.Masuda: "Pressure effect of spin-Pejeris material CuGeO_3"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 226-230. 425-426 (2001)

T.Masuda：“自旋Pejeris材料CuGeO_3的压力效应”磁性与磁性材料杂志。

益田隆嗣: "擬一次元スピン・ギャップ系における不純物誘起反強磁性相"物性研究. 76. 469-490 (2001)

Takashi Masuda：“准一维自旋间隙系统中的杂质引起的反铁磁相”物理研究 76. 469-490 (2001)。

T.Masuda: "Temperature vs concentration phase diagram of Mg-and Si-doped CuGeO_3"Physica B. 284. 1637-1638 (2000)

T.Masuda：“Mg-和Si-掺杂的CuGeO_3的温度与浓度相图”Physica B. 284. 1637-1638 (2000)

益田 隆嗣: "ハルデン物質SrNi_2V_2O_8の磁性"日本物理学会講演概要集. 56-2. 360-360 (2001)

Takashi Masuda：“Halden 材料 SrNi_2V_2O_8 的磁性”日本物理学会摘要 56-2（2001 年）。

T.Masuda: "Pressure effect of spin-Peierls material CuGeO_3"Journal of Magnetic Materials and Magnetism. (In press).

T.Masuda：“自旋 Peierls 材料 CuGeO_3 的压力效应”磁性材料与磁性杂志。