新奇フッ化物一次元量子スピン系における励起状態と交替磁場の効果

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私はこれまでに一次元量子スピン系フッ化物KCuGaF_6の単結晶を育成し,磁化測定や比熱測定,電子スピン共鳴実験,中性子非弾性散乱実験によって,その物性を調べてきました。そのなかでKCuGaF_6の低エネルギー励起が量子サインゴルドンモデルで描写できることが明らかになってきました。その励起ギャップの原因とされる交替磁場と呼ばれる内部磁場がKCuGaF_6ではとくに大きく,また交換相互作用が大きいので,これまでにはあまり調べられてこなかったより低エネルギーでの励起ギャップについて詳細に調べられることが期待されます。前年度の結果を受け,今年度はまず比熱を磁場方向を変えて測定し,新しい解析も取り込みました。その結果,低温でのこの物質の磁気比熱は量子サインゴルドン模型の素励起で記述されるということのほかに,磁気比熱に対して素励起以外の励起準位からの寄与があることが明らかになりました。これは,以前ESR実験で観測していたUnknownモードからの寄与と考えられます。この結果は理論研究を多いに励ますこととなり,その結果として,これまで物質によっては観測されなかったり,観測されていてもその背景の物理の理解にまでは到達しなかった,Unknownモードの存在が,結晶の欠陥や非磁性不純物によって一次元鎖上に生じる鎖端の効果で現れる,量子的な状態であるBoundary bound stateという状態であることが明らかになりました。また今年度は中性子非弾性散乱実験を十分低い温度で行い,その結果,KCuGaF_6がよい一次元物質であり,磁場によって交替磁場による励起ギャップが生じることを確認しました。実験で得られたq=πでの励起ギャップのエネルギーはこれまでのESRの結果とよく一致していることがわかりました。一方で,興味深いことに,不整合波数での励起ギャップは理論予想と大きく異なり,予測と異なる分散関係が得られました。このことは今後明らかにするべきことだと考えています。