Spin-orbital short-range order on a honeycomb-based lattice

ハニカム格子におけるスピンと軌道の短距離秩序

中辻 知*; 久我 健太郎*; 木村 健太*; 佐竹 隆太*; 片山 尚幸*; 西堀 英治*; 澤 博*; 石井 梨恵子*; 萩原 政幸*; Bridges, F.*; 伊藤 孝   ; 髭本 亘  ; 柄木 良友*; Halim, M.*; Nugroho, A. A.*; Rodriguez-Rivera, J. A.*; Green, M. A.*; Broholm, C.*

Nakatsuji, Satoru*; Kuga, Kentaro*; Kimura, Kenta*; Satake, Ryuta*; Katayama, Naoyuki*; Nishibori, Eiji*; Sawa, Hiroshi*; Ishii, Rieko*; Hagiwara, Masayuki*; Bridges, F.*; Ito, Takashi; Higemoto, Wataru; Karaki, Yoshitomo*; Halim, M.*; Nugroho, A. A.*; Rodriguez-Rivera, J. A.*; Green, M. A.*; Broholm, C.*

フラストレートした磁性体においても最低温度まで乱れが残る場合がある。その一例がBaCuSbOであり、微視的に見ると磁気的に非対称である一方、長さ,時間スケールともに平均的に見ると対称な状態にある。われわれは、この物質において静的なヤーンテラー歪を示すことなくCuイオンのハニカム格子が、フラストレートした状態にあることを見いだした。このハニカム格子においては、スピン1/2同士が2次元的にランダムに結合しており、スピンダイマー的なブロードな励起があり、また低エネルギーのスピン自由度が残ることが見られた。

Frustrated magnetic materials can remain disordered to the lowest temperatures. Such is the case for BaCuSbO, which is magnetically anisotropic at the atomic scale but curiously isotropic on mesoscopic length and time scales. We find that the frustration on the triangular lattice is imprinted in a nanostructured honeycomb lattice of Cu ions that resists a coherent static Jahn-Teller distortion. The resulting two-dimensional random-bond spin-1/2 system on the honeycomb lattice has a broad spectrum of spin-dimer like excitations and low-energy spin degrees of freedom that retain.