ToF inelastic neutron scattering studies on quantum spin systems (CuCl)LaO ( = Nb, Ta)

量子スピン系(CuCl)LaO(=Nb,Ta)のToF中性子非弾性散乱による研究

河村 聖子   ; 中島 健次  ; 稲村 泰弘; 辻本 吉廣*; 北田 敦*; 竹入 史隆*; 陰山 洋*; 網代 芳民*; 西 正和*; 加倉井 和久

Kawamura, Seiko; Nakajima, Kenji; Inamura, Yasuhiro; Tsujimoto, Yoshihiro*; Kitada, Atsushi*; Takeiri, Fumitaka*; Kageyama, Hiroshi*; Ajiro, Yoshitami*; Nishi, Masakazu*; Kakurai, Kazuhisa

(CuCl)LaNbOの磁気基底状態はギャップmeVを持つスピン1重項状態であることが提唱されており、一方(CuCl)LaTaOは反強磁性秩序を基底状態に持つ。これらの系は、最近接及び次近接の交換相互作用の競合によりフラストレートした量子スピン系としてふるまうことが示唆されている。われわれは、ToF中性子非弾性散乱法を用いて、これらの系における磁気励起の研究を行ってきた。測定は、J-PARCに設置されたディスクチョッパー型分光器アマテラスを用いて、(CuCl)LaNbO及び(CuCl)LaTaO粉末試料に対して行った。両試料において、バンド状の励起が、meV近傍で観測された。(CuCl)LaNbOについては、観測された2meV周辺での磁気励起の積分強度の依存性は3軸分光器で観測された結果をよく再現しており、スピン1重項ダイマーの性質を示している。一方、反強磁性相における(CuCl)LaTaOは、それとは異なる依存性を示した。

The magnetic ground state of (CuCl)LaNbO has been suggested to be a spin-singlet state with an excitation gap of meV, while (CuCl)LaTaO has an antiferromagnetic (AFM) ground state. The systems are suspected to be a frustrated quantum spin system due to the competition between the nearest and next-nearest exchange interactions. We have studied magnetic excitation in these systems by ToF inelastic neutron scattering technique. The measurements were performed on powder samples of (CuCl)LaNbO and (CuCl)LaTaO at a disk-chopper-type spectrometer AMATERAS in J-PARC. In both systems, a band-like excitation was observed at meV. The dependence of the intensity of magnetic excitation around 2 meV for (CuCl)LaNbO well reproduces that observed at a triple-axis spectrometer, exhibiting characteristics of spin-singlet dimers. On the other hand, (CuCl)LaTaO in the AFM state exhibits a different dependence.