スピン液体状態の実現と物性制御

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09440139
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 網代 芳民 九州大学, 理学部, 教授 (00025438)
• 研究分担者: 浅野 貴行 九州大学, 理学部, 助手 (00301333) ; 副島 雄児 九州大学, 理学部, 助教授 (10206675) ; 白鳥 紀一 九州大学, 理学部, 教授 (80028125)
• キーワード: 低次元磁性体 / 量子スピン / フラストレーション / 基底状態 / スヒンギャッフ / 相転移

研究概要

本研究においては、磁性体における相転移現象のより深い理解に寄与することを目的として、磁気的相互作用が近似的に一次元もしくは二次元格子内に限定された系、いわゆる低次元磁性体を対象にして、スピン系の協力現象・相転移の機構や普遍性を追求するための研究を行った。低次元系の研究によって、最近では相転移に関する量子スピン効果とスピンフラストレーション効果(相互作用の競合効果)が極めて重要な概念として認識されるに至っている。通常の磁性体では低温になって熱揺動が抑えられると協力的な相互作用によって規則的な磁気秩序が生じる。この規則的な磁気秩序状態をスピン系の固体状態とすれば、量子スピン効果やスピンフラストレーション効果のために絶対零度においてもスピン秩序がない、スピン液体状態やスピンガラス状態が実現することが期待されている。本研究の目的は、新規な低次元量子スピン系を現実物質の中に構築し、量子スピン効果やスピンフラストレーション効果によって古典的秩序状態を抑制することによって量子液体的な特異なスピン状態を実現することである。期待される時間的、空間的に大きな揺らぎを持つ特異なスピン状態の検証と解明、更には新しい量子凝縮相の発見や磁場、圧力、ドーピング等による特異なスピン状態の制御、荷電担体を注入する等の展開を図ることを意図した。
補助金によって物質作製が可能になったので、多種多様な量子スピン一次元系のモデル物質を数多く合成した。代表的にはS=1/2 Heisenberg反強磁性鎖、S=l/2交替結合鎖、S=l/2梯子鎖、S=1 Heisenberg反強磁性鎖、S=l/2とS=1からなる交互スピン反強磁性鎖等を合成し、強磁場強磁化測定、強磁場磁気共鳴実験を実施した。これらの系において、系を特徴づける特異な磁場中挙動とくに量子スピン効果を反映したスピンギャップの存在と特微的な磁化過程を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] M.Chiba: "Nuclear spin-lattice relaxation in quantum spin gap of S=1 and S=1/2antiferromagnets" J.Magn.Magn.Mater. 177-181. 630-631 (1998)
• [文献書誌] T.Asano: "Magnetic phase diagram CsNi_<0.98>Fe_<0.02>Cl_3:magnetization and specific heat" J.Magn.Magn.Mater. 177-181. 630-631 (1998)
• [文献書誌] Y.Ajiro: "New interpretation of ESR of the S=1/2 broken valence bond in Zn-doped NENP" J.Magn.Magn.Mater. 177-181. 707-708 (1998)
• [文献書誌] Y.Inagaki: "Magnetic phase transitions in triangular lattice CsNi_<0.98>Fe_<0.02>Cl_3 studied by NMR" J.Magn.Magn.Mater. 177-181. 723-724 (1998)
• [文献書誌] M.Mekata: "Magnetic ordering in triangulated kagome lattice compund,Cu,Cl_2(cpa), nH_2O" J.Magn.Magn.Mater. 177-181. 731-732 (1998)
• [文献書誌] J.B.Jamari: "Single-crystal weak ferromagnetism of 1,3,5-triphenvll-6-oxoverdazyl free radical and ferromagnetc behavior of(TOV)_<1-X>(TOV-H) _X diluted svstem" J.Magn.Magn.Mater. 177-181. 833-834 (1998)
• [文献書誌] M.Uyeda: "^<79-81>Br NMR in triangular lattice antiferromagnet CsCoBr_3" J.Magn.Magn.Mater. 177-181. 833-834 (1998)
• [文献書誌] Y.Afiro: "High-resolution, high-field magnetization measurement in the diluted antiferromagnet RbMncMg_1-cF_3: new application of pulsed high fields to adiabatic magnetizaion processes" Physica. B246-247. 222-225 (1998)
• [文献書誌] T.Fukuda: "Submillimeter wava ESR study on triangular lattice antiferromagnet CuFeO_2" Physica. B246-247. 569-571 (1998)
• [文献書誌] M.Chiba: "High fieid NMR on level crossover in spin-gap svstems" Physica. B246-247. 576-579 (1998)
• [文献書誌] A.Karen: "^<69,71>Ga NMR in the kagome lattice compound SrC_9-x G_<3+X> O_<19>" Physeca.Rev.B57. 10745-10749 (1998)
• [文献書誌] Y.Inagaki: "Succesive Phase Transition of Singlet Ground Stare System Cs_3Cr_2Cl_9 under External Magnetic Field up to 40T" Proceedings of 4th International Symposium on Advanced Phvsical Fields. (now printing).
• [文献書誌] H.Kikuchi: "High Field Magnetizations of S=1 Antiferromagnets with Bond Alternation" Proceedings of 4th International Symposium on Advanced Phvsical Fields. (now printing).