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Neutron scattering studies of the spin-5/2 antiferromagnetic linear trimer substance SrMn$$_3$$P$$_4$$O$$_{14}$$

スピン-5/2反強磁性トリマーSrMn$$_3$$P$$_4$$O$$_{14}$$の中性子散乱による研究

長谷 正司*; D$"o$nni, A.*; 小澤 清*; 北澤 英明*; 酒井 治*; Pomjakushin, V. Y.*; Keller, L.*; 金子 耕士; 目時 直人; 加倉井 和久; 松田 雅昌*; Yang, T.*; Cong, R.*; Lin, J.*

Hase, Masashi*; D$"o$nni, A.*; Ozawa, Kiyoshi*; Kitazawa, Hideaki*; Sakai, Osamu*; Pomjakushin, V. Y.*; Keller, L.*; Kaneko, Koji; Metoki, Naoto; Kakurai, Kazuhisa; Matsuda, Masaaki*; Yang, T.*; Cong, R.*; Lin, J.*

スピン5/2反強磁性Mn量子トリマーの[0, $$k_y$$, 0]インコメンシュレート構造($$k_y$$=0.316-0.331)を中性子粉末回折により明らかにし、$$T_{rm N2}=1.75(5)$$Kにおいて波数が急激に替わることから磁気秩序層が二つ存在することを明らかにした。非弾性散乱実験によって観察された分散を示さない励起(0.46, 0.68, and 1.02meV)が、この系の磁気励起が反強磁性量子トリマーモデルで説明できることを明らかにした。解析によって、量子トリマー形成に重要な最近接相互作用$$J$$$$_1$$=0.29meVが半強磁性的であることを明らかにした。

We determined the magnetic structure below $$T_{rm N1}=2.2(1)$$ K of the spin-5/2 antiferromagnetic (AF) trimer substance SrMn$$_3$$P$$_4$$O$$_{14}$$ using neutron powder diffraction experiments. The incommensurate propagation vector is expressed as [0, $$k_y$$, 0], due to competition between the nearest-neighbor and next-nearest-neighbor interactions in trimerized chains. The value of $$k_y$$ is 0.316 to 0.331, changing rapidly at $$T_{rm N2}= 1.75(5)$$ K. We confirmed that the intra-trimer $$J_1$$ interaction is AF. The magnetic excitation peaks were obsereved at 0.46, 0.68, and 1.02 meV. The weak Q dependence indicates the discrete energy levels, which do not contradict the AF trimer model with the intra-trimer interaction value of 0.29 meV (3.4 K).

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