電荷注入された量子スピン鎖におけるスピン-電荷ダイナミクスの研究

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26400376
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 低次元磁性 / 量子スピン / ハルデンギャップ / 量子ビーム / 中性子散乱

研究実績の概要

本課題は無機物質でハルデンギャップを有するNd2BaNiO5のNd3+イオンの一部をCa2+で置換することにより、Ni一次元ハルデン鎖にホールを導入し、量子スピン鎖中におけるホールの運動状態を明らかにすることを目的としている。Nd2BaNiO5は無機化合物の特性である元素置換が比較的容易にできる系で、系統的なCa置換をおこなった試料の単結晶育成を行い、中性子散乱を用いて量子スピン鎖とホール導入による励起状態の研究を行う。今年度は(Nd1-xCax)2BaNiO5でCaドープ量 x=0.035と0.1についての中性子非弾性散乱を行った。実験はJ-PARCの物質生命科学実験施設、高分解能チョッパー分光器を用いた。パルス中性子の利点を生かし、一度の測定でエネルギー-運動量空間における励起状態のマッピングを観測した。ブリルアンゾーン全域に亘って100 meVまでの全体像を捉えることに成功した。量子一次元鎖によるスピン揺動は10 meV近傍にスピンギャップ（ハルデンギャップ）を有し、ゾーン境界では60 meVの分散を示す。一方、20 meVと40 meV近傍には分散を示さないフラットな励起が観測された。これはNdイオンの結晶場励起と考えられる。またスピンギャップより低いエネルギー領域においても、ホール導入に伴う特徴的な励起が観測された。高温で非常に大きな揺らぎを示していたゾーン中心付近のスペクトルは三次元秩序が発達する温度（ネール点に相当）ではっきりとした励起スペクトルを示し、ギャップ内に状態を示す。ネール点以下の温度領域では4 meV付近にフラットなモードが突然出現する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予定していた結晶育成、評価ならびに中性子散乱実験を遂行できた（している）ため。

今後の研究の推進方策

今後は厳密な比較を行うために、ホールドープされていないNd2BaNiO5について結晶育成と中性子散乱実験を進める。また、その他のホール濃度についての結晶育成も行う。併せて、ホール濃度の定量評価と磁化や比熱など熱力学的諸量の測定を行い、ホール濃度依存に対して系統的に研究を行う。

次年度使用額が生じた理由

試料合成に必要な時間が十分に確保できなかったため。

次年度使用額の使用計画

今年度に上記作業を行い、関連消耗品や原料の購入を予定している。

備考

htmlはもう少ししたらアップします。

研究成果

• [雑誌論文] Spin and Hole Dynaics in Carrier-Doped Quantum Haldane Chain (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, S. Itoh, S. Ibuka, H. Yoshizawa, J. Akimitsu
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 568 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/4/042035
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Experimental Confirmation of Spin Gap in Antiferromagnetic Alternating Spin-3/2 Chain Substances RCrGeO5 (R=Y or 154Sm) by Inelastic Neutron Scattering Experiments (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hase, M. Soda, T. Masuda, D. Kawana, T. Yokoo, S. Itoh, A. Matsuo, K. Kindo, M. Kohno
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.024416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Spin-wave Dispersion in Nd-Fe-B Magnets Using Neutron Brillouin Scattering (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, N. Inami, K. Saito, Y. Takeichi, M. Yano, T. Shoji, A. Manabe, A. Kato, Y. Kaneko, D. Kawana, T. Yokoo, S. Itoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 115 ページ: 1-3
  • DOI: 10.1063/1.4863380
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concepts of Neutron Polarisation Analysis Devices for a New Neutron Chopper Spectrometer, POLANO, in J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ohoyama, T. Yokoo, S. Itoh, T. Ino, M. Ohkawara, T. Oku, S. Tasaki, K. Iwasa, T.J. Sato, S. Ishimoto, K. Taketani, H. Kira, Y. Sakaguch, M. Nanbu, H. Hiraka, H.M. Shimizu, M. Takeda, M. Hino, K. Hayashi, M. Kenzelmann, U. Fliges, P. Hautle
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. Series 巻: 502 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamical Properties of Spins and Holes in Carrier Doped Quantum Haldane Chain (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, S. Itoh, D. Kawana, H. Yoshizawa, J. Akimitsu
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. Series 巻: 502 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Waves in Ferromagnetic Phase of MnP (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, S. Yano, T. Yokoo, S. Satoh, D. Kawana, Y. Kousaka, J. Akimitsu, Y. Endoh
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. Series 巻: 502 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of Polarized Inelastic Neutron Spectrometer in J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, K. Ohoyama, S. Itoh, J. Suzuki, M. Nanbu, N. Kaneko, K. Iwasa, T.J. Sato, H. Kimura, M. Ohkawara
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. Series 巻: 502 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron Brillouin Scattering Experiments with Pulsed Neutrons on High Resolution Chopper Spectrometer HRC (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Yokoo, D. Kawana, Y. Kaneko, Y Tokura, M. Fujita, K. Yoshida, K. Saito, N. Inami, Y. Takeichi, K. Ono and Y. Endoh
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. Series 巻: 502 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012043
• [学会発表] Progress on POLANO Spectrometer for Polarized Neutron Experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo
  • 学会等名: International Collaboration on Advanced Neutron Sources
  • 発表場所: Mito, Japan
  • 年月日: 2014-09-29 – 2014-10-03
• [学会発表] Recent Progress on Neutron Spectrometer POLANO (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo
  • 学会等名: Polarised Neutrons for Condensed Matter Investigations 2014
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-19
• [学会発表] Spin and Hole Dynamics in Carrier-Doped Quantum Haldane Chain (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
• [学会発表] Polarized neutron spectrometer for inelastic scattering experiments at J-PARC ~ Status of POLANO project ~ (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo
  • 学会等名: QENS/WINS 2014
  • 発表場所: Autrans, France
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-16
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://research.kek.jp/people/tyokoo/index.html