Singlet-triplet transitions of ESR in gapped spin systems

スピンギャップ系のESRシングレット・トリプレット遷移

坂井 徹; 肘井 敬吾*; 大久保 晋*; 太田 仁*

Sakai, Toru; Hijii, Keigo*; Okubo, Susumu*; Ota, Hitoshi*

低次元量子スピン系や強相関電子系のスピンギャップは巨視的な量子現象として注目されている。このスピンギャップはシングレットの基底状態とトリプレットの励起状態の間のギャップであるため、これに対応するESR直接遷移は、スピン野保則を破るため観測されない。ところが、いくつかの物質でスピンギャップに相当するESR直接遷移が観測された。この禁制遷移が観測されるメカニズムとして、交代gテンソルやジャロシンスキー守谷相互作用が提唱されている。そこで、これらのメカニズムのうちのどれが効いているのかを実験的に検証するため、各メカニズムについて、外部磁場と入射マイクロ波の磁場成分、及び結晶軸との相対的な角度に依存するESR選択則を理論的に求めたので、これを報告する。

The spin gap of the low-dimensional quantum spin systems and the strongly correlated electron systems is one of the interesting macroscopic quantum phenomena. Since the spin gap is the energy gap between the singlet ground state and the triplet excitation, the ESR direct transition is prohibited because of the spin conservation law. Thus the properties of the spin gap systems has been observed by some ESR transitions among the triplet excitations. Recently, however, the ESR direct transition corresponding to the spin gap was observed in several gapped spin systems. The mechanism of appearance of these prohibited ESR transition are supposed to be the Dzyaloshinsky-Moriya interaction and/or the staggered g-tensor. In order to identify the origin of the ESR direct transition, we gave some selection rules depending on the relative angle among the crystal axes of each material, the polarization of the microwave and the direction of external magnetic field.