Pressure-induced magnetic quantum phase transition in gapped spin system KCuCl

スピンギャップ系KCuClにおける圧力誘起による量子相転移

後藤 健治; 藤澤 真士*; 田中 秀数*; 上床 美也*; 大沢 明*; 長壁 豊隆  ; 加倉井 和久

Goto, Kenji; Fujisawa, Masashi*; Tanaka, Hidekazu*; Uwatoko, Yoshiya*; Osawa, Akira*; Osakabe, Toyotaka; Kakurai, Kazuhisa

3次元的に弱く結合したスピン・ダイマー系KCuClの静水圧下磁化及び中性子回折実験が行われた。前者の実験により圧力の印加とともにダイマー内の相互作用が弱くなり、ダイマー間の相互作用が強くなることが発見された。これによりスピンギャップが減少し、反強磁性基底状態への量子相転移が臨界圧力Pc8.2kbarで起こる。PPcの圧力下で反強磁性磁気秩序構造を中性子回折実験により明らかにした。

Magnetization and neutron elastic scattering experiments under hydrostatic pressure were performed on KCuCl, which is a three-dimensionally coupled spin dimer system with a gapped ground state. It was found that the intradimer interaction decreases with increasing hydrostatic pressure, while the sum of the interdimer interactions increases. This leads to the shrinkage of the spin gap. A quantum phase transition from a gapped state to an antiferromagnetic state occurs at Pc8.2 kbar. For PPc, magnetic reflections were observed at reciprocal lattice points equivalent to those for the lowest magnetic excitation at zero temperature. This confirms that the spin gap decreases and closes under applied pressure.