2017 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamical Structures in Hole-doped 1D Quantum Spin Chains
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26400376
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
横尾 哲也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (10391707)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子スピン系 / 低次元磁性 / ハルデンギャップ / 中性子非弾性散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、電荷が導入された一次元量子スピン系であるNd2-xCaxBaNiO5の良質な単結晶を育成し、中性子非弾性散乱を用いて一次元ハルデン鎖におけるスピン励起状態および電荷（ホール）のスピン-ホールダイナミクスを観測することを目的とした。これにより、導入されたホールが量子スピン鎖に与える効果を明らかにする。これまでの先行研究で、Ni-O一次元鎖に対しておおよそx=0.2程度まで電荷導入できること、電荷導入に伴い抵抗率が3桁下がるが依然半導体的な振る舞いを示すことが知られている。磁気的にはx=0で反強磁性転移（TN=48K）を示すが、電荷導入に伴い転移点が10K（x=0.2）まで下がり、磁化にヒステリシス成分が現れることが報告されている。本研究ではホール濃度x=0、 0.035および0.1について単結晶育成をおこなった。FZ法を用いた育成条件を詳細に検討することによって、中性子非弾性散乱実験可能な量（おおよそ10~20グラム）の良質な単結晶を得ることに成功した。中性子非弾性散乱実験はJ-PARCの高分解能チョッパー分光器（HRC）を利用した。ハルデン鎖励起状態について、全ブリルアンゾーンにわたる非常に明瞭な動的構造の全体像を観測することに成功した。これはハルデン状態の磁気励起について完全な形で観測した初めての例である。電荷導入によってゾーン境界でのエネルギーは変化しないことも明らかになった。また、ゾーン中心におけるスピンギャップの温度変化を観測し、反強磁性秩序が発達した状態にかけてそのギャップの変化の詳細をとらえることに成功した。最大の発見は電荷導入に伴い、ギャップ内に新たな動的構造（不整合構造）が出現すること、その構造の電荷濃度依存性を明らかにした。これは高温超伝導（二次元）で実現するホールのダイナミクスと酷似していることがわかった。
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Research Products
(4 results)
