二重スピン鎖系AcuX_3とKCrCl_3の基底状態とスピンギャップ

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08454103
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 田中 秀数 東京工業大学, 理学部, 助教授 (80188325)
• 研究分担者: 関根 智幸 上智大学, 理工学部, 教授 (60110722)
• キーワード: 二重スピン鎖 / スピンギャップ / 磁化過程 / 分散関係 / 磁化の量子化 / KCuCl_3 / TlCuCl_3 / NH_4CuCl_3

研究概要

最近空間構造を有する量子スピン系の新奇な物性が話題になっている。特に一次元系における磁化の量子化は新しい重要な問題である。本研究において、我々は、二重鎖構造をもつ新しい量子スピン系KCuCl_3、TlCuCl_3、NH_4CuCl_3などを発掘した。この系の相互作用の構造は、反強磁性スピン梯子に対角相互作用を加えたものと見ることもできるし、また、結合交代系に次近接相互作用を加えたものともみなすことができる。最近の理論によれば、この系では、量子効果によって基底状態が励起ギャップをもつスピン一重項非磁性状態であることが期待される。事実、KCuCl_3とTlCuCl_3では基底状態が、そのようなものであることを我々は磁気測定から見いだし、ギャップの大きさを強磁場磁化過程と中性子散乱によって精密に評価した。ところが、同じ結晶構造をもつNH_4CuCl_3の基底状態は、KCuCl_3やTlCuCl_3とは異なり、励起ギャップをもたず、磁気的であることが分かった。また、磁気秩序を示す磁化率の異常も観測されていない。NH_4CuCl_3の示す最も興味深い現象は、磁場の方向によらず磁化曲線に飽和磁化の1/4と3/4の位置にプラトーが明瞭に現れることである。これはイジングスピン系に見られるメタ磁性とは本質的に異なる新しい量子多体現象であり、我々が初めて見いだしたものである。この量子磁化過程ともいうべき新現象の発見が、この研究の最大の成果である。この量子磁化過程の微視的機構は、まだ分かっておらず、今後の重要な研究課題である。

研究成果

• [文献書誌] H.Tanaka: "Singlet Ground State and Energy Gap in Double Spin Chain System KCuCl_3 Family" Physica B. 237-238. 120-122 (1997)
• [文献書誌] S.Ito: "Spin Dynamics in an S=2 Heisenberg Antiferromagnetic Chain, CsCrCl_3" J. Phys. Soc. Jpn.66. 455-459 (1997)
• [文献書誌] T.Inami: "Observation of Non-Linear Effects in a Quasi-One-Dimensional Antiferromagnet : Magnetic Excitation in CsVCl_3" J. Phys : Condens. Matter.9. 1357-1368 (1997)
• [文献書誌] H.Takeuchi: "EPR Study of Gd^<3+> Complexes Formed in Layered and Cubic Perovskite Crystals" Proc. 1st Asia-Pacific EPR/ESR Symposium. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] K.Takatsu: "Ground State of Double Spin Chain Systems TlCuCl_3, NH_4CuCl_3 and KCuBr_3" J. Phys. Soc. Jpn.66. 1611-1614 (1997)
• [文献書誌] W.Shiramura: "High-Field Magnetization Processes of Double Spin Chain Systems KCuCl_3 and TlCuCl_3" J. Phys. Soc. Jpn.66. 1900-1903 (1997)
• [文献書誌] H.Tanaka: "High-Frequency High-Field ESR of Quantum Double Spin Chain Systems KCuCl_3 and TlCuCl_3" Physica B. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] H.Tanaka: "High-Field Magnetization Processes of Quantum Double Spin Chain Systems KCuCl_3, TlCuCl_3 and NH_4CuCl_3" Physica B. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] S.Ito: "Temperature Dependence of Spin Dynamics in an S=3/2 Heisenberg Antiferromagnetic Chain, CsVCl_3" Physica B. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Mitsui: "Phase Transitions of KNiCl_3-Type Triangular Lattice Antiferromagnets" Proc. 9th Int. Meeting on Ferroelectrics. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Kato: "Magnetic Excitation in the Spin Gap System KCuCl_3" J. Phys. Soc. Jpn.No.3(印刷中). (1998)
• [文献書誌] S.Kimura: "Submillimeter Wave ESR Measurements of CsMnBr_3" J. Phys. Soc. Jpn.66. 4017-4026 (1997)
• [文献書誌] W.Shiramura: "Ground State and Energy Gap of Quantum Double Spin Chain System : KCuCl_3 Family" J. Magn. & Magn. Mater.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] K.Takatsu: "ESR of Quantum Double Spin Chain Systems KCuCl_3 and TlCuCl_3" J. Magn. & Magn. Mater.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Ono: "Phase Transitions and Critical Phenomena of Triangular Antiferromagnetic System : CsMn (Br_XI_<1-X>)_3" J. Magn. & Magn. Mater.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Kato: "Birefringence Study of Magnetic Ordering in the Distorted Triangular Lattice Antiferromagnet RbFeBr_3" J. Magn. & Magn. Mater.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Mitsui: "Magnetic and Dielectric Properties of KNiCl_3-Type Antiferromagnets with Lattice Distortion" J. Magn. & Magn. Mater.(印刷中). (1998)