乱れたスピンパイエルス系物質の磁気励起の磁場及び圧力効果

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10640354
• 研究機関: 上智大学
• 研究代表者: 関根 智幸 上智大学, 理工学部, 教授 (60110722)
• 研究分担者: 黒江 晴彦 上智大学, 理工学部, 助手 (40296885)
• キーワード: スピンパイエルス転移 / 磁気励起 / ラマン散乱 / 反強磁性 / 乱れた系 / 磁場効果 / 圧力効果 / 構造相転移

研究概要

1.CuGeO_3系
(1)ZnやSiをドープした単結晶のラマン散乱より、スピンパイエルス相で現れる折り返しフォノンを調べた。ドープ濃度が増えると、転移温度と伴に格子変位の大きさが低下し、スピンパイエルス転移は抑圧され、約2%以上では長距離秩序は起こらない。また、低温で現れる反強磁性相でも、折り返しフォノンが観測でき、この相でも超格子構造が存在することを確かめた。約2%以上では超格子構造(短距離秩序は存在するが)を伴わない反強磁性相に転移する。
(2)Zn、SiやNiをドープした系では、選択則の破れから磁気ギャップモードの1次ラマン散乱を観測した。2つの磁気励起束縛状態からの2次ラマンピークは、ドープ量を増やすと共鳴状態になり、急速に消失する。このことは、主に磁気励起の寿命が短くなるためと理解でき、グリーン関数を用いて理論的に示した。また、Niドープ系の磁気ギャップモードのラマン散乱強度は、磁場を上げると減少するが、磁気励起束縛・共鳴状態の散乱強度は変化しない。
(3)MgやNiをドープした試料では、ルミネッセンスが観測でき、電子系に大きな変化が起こる。
(4)10GPa以下での室温・静水圧下でのラマン散乱より、高濃度にMgやNiドープした試料で、純粋な試料の非静水圧下で現れるpyroxene構造への相転移が起こることを発見した。
2.α'-NaV_2O_5系
(1)低温相で磁気ギャップモードやスピノン2次ラマンバンドをラマン散乱で観測した.更に、3本の超格子構造を示す折り返しフォノンを観測した。Na^+イオン欠損の量を増加させると、折り返しフォノンのラマン散乱強度が減り、半値幅が増大し、磁気励起の強度が減少する。
(2)V^<4+>イオンのd-d遷移による電子バンドとフォノンピークの相互作用によるファノ効果を観測した。Na^+イオン欠損量を増加させると、ファノ効果は弱まる。これは、フォノン-フォノン緩和過程がフォノン-電子の緩和過程より支配的になると考え、理論的に示した。

研究成果

• [文献書誌] T.Sekine: "Spin-Peierls Gap and Two-Magnetic-Excitation Bound and Resonant States in Cu_<1-x>Zn_xGeO_3 and CuGe_<1-y>Si_yO_3"Journal of the Physical of Japan. 67巻・4号. 1440-1450 (1998)
• [文献書誌] H.Kuroe: "Raman Scattering in the Inorganic Spin-Peierls System α'-Na_<1-8>V_2O_5"Journal of the Physical of Japan. 67巻・7号. 2881-2892 (1998)
• [文献書誌] H.Kuroe: "Spin-Peierls Transition in α'NaV_2O_5 Observed by Raman Scattering"Physica B. 263巻・264号. 803-805 (1999)
• [文献書誌] H.Kuroe: "Raman Scattering in Zn-,Si-and Mg-Doped CuGeO_3"Physica B. 263巻・264号. 825-828 (1999)
• [文献書誌] H.Kuroe: "Folded Phonon Mode Observed by Raman Scattering in Zn-and Si-Doped CuGeO_3"Journal of the Physical of Japan. 68巻・6号. 2046-2056 (1999)
• [文献書誌] 黒江晴彦: "スピン・パイエルス物質CuGeO_3の光散乱"固体物理. 35巻・2号. 105-119 (2000)
• [文献書誌] H.Kuroe: "Raman and Luminescence Spectra in the Spin-Peierls System Cu_<1-x>Ni_xGeO_3"Physica B. (発売予定).