エネルギーギャップを持つ量子スピン系における交換相互作用のランダムネス効果

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13440118
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 山田 勲 千葉大学, 理学部, 教授 (90037820)
• キーワード: ハルダインギャップ / ボンドランダムネス / 交替鎖系

研究概要

前年度までに(CH_3)_2CHNH_3CuCl_3と(CH_3)_2CHNH_3CuBr_3に対する帯磁率、磁化過程、磁場中比熱などの測定により、前者がHaldane系、後者がdimer系であることを解明してきた。無磁場あるいはエネルギーギャップに比べてはるかに弱い磁場中では、(CH_3)_2CHNH_3CuCl_3のスピン状態は温度低下と共にS=1/2の性質からS=1のそれへと移り変わっていき、0K近くではHaldaneギャップを挟んだS=1のtripletからsinglet(S=0)の非磁性状態へ落ちていく。一方IPACuBr_3では0Kで反強磁性結合したスピン対がダイマー(S=0)として振舞うが、ある程度の温度領域でS=1の励起状態を占める。ボンドランダム系(CH_3)_2CHNH_3Cu(Cl_xBr_<1-x>)_3のxの全領域(x=0〜1)に渡る単結晶を対象にして、磁化過程、電子スピン共鳴などの実験を行った。咋年度までに確定していたxの変化による三つの相で、磁化過程が全く異なることを確認し、また中間領域(0,87>x>0.44)でのgapless相ではスピンフロップ(SP)現象をも確認した。SP現象の出現はenergy gapが消失して、通常の反強磁性体になっていることの証明である。磁化過程と電子スピン共鳴の実験でgapless相では、以前に磁気比熱の測定によって明らかになっていたT_N=15Kを再確認した。磁化過程の実験をさらに精密化して行ったところ、すべてのスピンが磁場によって一方方向揃うupper critical field H_<C2>=42Tを発見した。さらにHaldane相のx=0.95の系で田男児か家庭を示すことをも発見した。この多段磁化過程は理論研究者から注目されている。

研究成果

• [文献書誌] H.Manaka, I.Yamada, H.Mitamura, T.Goto: "Magnetic Phase Transition Induced by Bond Randomness in Mixed Alternating Heisenberg Chains (CH_3)_2CHNH_3Cu(Cl_xBr_<1-x>)_3 Observed by Magnetization Process"Phys.Rev B. 66. 064402(1)-064402(4) (2002)
• [文献書誌] H.Manaka, I.Yamada, T.Goto: "Disappearance of the Weak Ferromagnetic Moment under High Pressure Observed in the Two-Dimensional Antiferromagnet (C_3H_7NH_3)_2CuCl_4 through Magnetic Susceptibility Measurements"J.Phys.Soc.Jpn.. 71. 2822-2823 (2002)
• [文献書誌] K.Katsumata, Y.Tabata, S.W.Lovesey, T.Nakamura, Y.Tanaka, S.Shimomura, Y.Narumi, T.Ishikawa, H.Kitamura, T.Hara, T.Tanaka, K.Tamasaku, M.Yabashi, S.Goto, H.Ohashi, K.Takeshita, T.Ohata, T.Matsushita, T.Bizen, I.Yamada: "Observation of Field Induced Magnetic and Structural Transitions in an Antiferromagnet by means of Synchrotron X-Rays"J.of Physics : Condensed Matters. 14. L619-L623 (2002)
• [文献書誌] J.Chakhalian, R.F.Kiefl, R.Miller, S.R.Dunsiger, O.Morris, S.Krietzman, W.A.MacFarlane, J.Sonier, S.Eggert, I.Affleck, I.Yamada: "Local Magnetic Susceptibility of the Positive Muon in the Quasi One-Dimensional S=1/2 Antiferromagnet KCuF_3"Physica B. 326. 422-426 (2003)
• [文献書誌] H.Manaka, I.Yamada, H.Mitamura, T.Goto: "Magneization Process in Mixed Magnetic Chains (CH_3)_2CHNH_3Cu(Cl_xBr_<1-x>)_3 over the Gapless Phase Induced by Bond Randomness"Jornal of Magnetism and Magnetic Materials. 未定(to be published). (2003)
• [文献書誌] I.Yamada, H.Manaka: "Effect of Bond Randomness on Magnetic States in Ferromagnetic and Antiferromag netic Alternating Chains (CH_3)_2CHNH_3CuCl_3"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 未定(to be published). (2003)