中性子散乱による低次元スピンギャップ系の磁気励起の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13740205
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 阿曽 尚文 東京大学, 物性研究所, 助手 (40313118)
• Keywords: 中性子散乱 / 非弾性散乱 / スピンギャップ系 / 低次元磁性 / 磁気励起 / 励起状態 / SrCu^2(BO^3)^2 / ジアロシンスキー守谷相互作用

Research Abstract

隣り合うスピン1/2のダイマーが直交する"新しい二次元スピンギャップ系"SrCu_2(BO_3)_2のスピンギャップの励起状態の解明を目指し、
1、大型単結晶試料の育成、
2、分散がほとんどない3meVピークの三重項状態、
3、ブロードなエネルギー幅をもつ分散のある5meVピークの解明が本研究の当初の目的であった。具体的には以下の通りである。
1、帯域法により大型単結晶を合計10グラム程育成した。
2、3meVピークの三重項状態は、ゼーマン分裂する二つの二重項と磁場に依らない一つの単重項からなる。そこで、磁場中中性子非弾性散乱実験を行うことにより、3meVピークの三重項状態の波数依存性を測定した。得られた分散関係は、隣り合うダイマーの中間点でc軸方向に主要なDベクトルをもつジアロシンスキー守谷相互作用を考慮することで説明可能となることが分かった。また、ジアロシンスキー守谷相互作用が理論的に綺麗に適用できる珍しい系であることが明らかとなった。
3、5meVピークに分散があることは、2つの三重項ペアが、1つの三重項よりも動きやすいことと理論的に考えられてきた。そこで、高エネルギー分解能の中性子非弾性散乱実験を行った所、分散がないことを発見した。(当初の実験とは分解能の異なる条件だったため、分散曲線を誤って解釈していたものと考えられる。)
平成13年度では、1, 2の目的は達成されたと考えられる。3の分散がない原因はいくつか考えられ、平成14年度の課題と考えられる。また、擬一次元スピンギャップ系NaV_2O_5の磁気励起の解明も、平成14年度の課題としたい。

Research Products

• [Publications] N.Aso, et al.: "Magnetic Excitations in the Two-Dimensional Spin Gap System SrCu_2(BO_3)_2"Journal of the Physical Society of Japan. 70巻・suppl.A. 177-179 (2001)
• [Publications] K.Kakurai, N.Aso, et al.: "Neutron Scattering experiments on low-dimensional quantum spin system - Spin excitations in KCuCl_3 and SrCu_2(BO_3)_2"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 62巻・1号. 141-147 (2001)
• [Publications] O.Cepas, N.Aso, et al.: "Dzyaloshinski-Moriya interaction in the 2D spin gap system SrCu_2(BO_3)_2"Physical Review Letters. 87巻. 167205-1-167205-4 (2001)