はしご型擬1次元及び三角格子量子スピン系のNMRによる研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07454081
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 北岡 良雄 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (70110707)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石田 憲二 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (90243196)
• Keywords: 三角格子 / はしご格子 / 量子スピン / スピンギャップ / スピン液体 / NMR

Research Abstract

本研究は、(1)高圧合成の手法で作成された2本鎖梯子型量子スピン系のSrCu_2O_3、LaCuO_<2.5>,Sr_<14>Cu_<24>O_<41>、3本鎖のSr_2Cu_3O_5について、銅核のNMRよって量子スピン揺らぎの特性、および1次元から2次元系への基底状態のクロスオーバーを明らかにすること、
(2)良質な試料が得られた三角格子量子スピン系、LiNiO_2に関してLiのNMRによって低温・低磁場での磁気特性を明かにし、系固有の基底状態の性質を調べることを目的としている。
初年度は、Sr_2Cu_3O_5の銅核のスピン-格子Ti、スピン-スピンT_2緩和時間の測定から本系が200K以上では量子臨界揺らぎの特徴をもつこと、また低温60K以下で磁気秩序を示すことを明らかにした。
2本鎖梯子型LaCuO_<2.5>は、帯磁率の測定からスピンギャップをもつと示唆されたが、NMRの本研究から112K付近で磁気転移することを見いだした。スピンギャップをもつ一重項スピン液体と磁気秩序の競合が起こっていることが明らかになり、新たな問題提起を理論家に提示することができた。
三角格子スピン系LiNiO_2のLi核のNMRからこれまでで最も純良であると同定された試料で、スペクトル、シフト、内部磁場、T_1,T_2の緩和時間等の系統的な測定を行った結果以下のような結果を得た。
(1)30K以下で、強磁性的スピン相関が発達し始め磁化率の非線形効果が観測されるが、T_g=8Kで、比熱等では明瞭な相転移のを示す異常は観測されないが、Niスピンが強磁性的に配列したクラスターがランダムな方向に向いた静的な秩序状態が現れる。
(2)一方、このクラスターグラス転移に寄与するNiの磁気モーメントの数は高々全体の20%程度で、他の殆どの部分は、低温で観測されない。
以上の特異な磁性を理解するために、軌道縮退の自由度に起因したモデルを提案した。すなわち、軌道の2縮重度を三角格子系での擬スピンで表現すると、擬スピン反強磁性三角格子となり一種の擬スピンの一重項対(軌道一重項)、スピン三重項対によって形成されるスピン液体がLiNiO_2の基底状態になっていることを示唆した。以上のように、今年度は多くの成果を挙げることがでた。

Research Products

• [Publications] K.Ishida他: "Spin correlation and spin gap in quasi-1D spin-1/2 cuprate oxides -A^<63>CuNMR Study-" Phys.Rev.B. 53. 2827-2834 (1996)
• [Publications] S.Matsumoto 他: "Competition between the singlet spin liquid state and the magnetic groundstate in a two-chain spin-1/2 antiferromagentic ladder compound LaCuO_<2.5->A^<63>Cu NMR study" Phy.Rev.B. 53(投稿中). (1996)
• [Publications] 北岡良雄: "2次元三角格子系におけるオ-ビタルフラストレーション" 物性研究. 64. 561-565 (1995)