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Magnetic properties of one-dimensional quantum spin system Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$ studied by muon spin relaxation

ミュオンスピン緩和法を用いた1次元量子スピン系Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$の磁性研究

河村 聖子; 富安 啓輔*; 幸田 章宏*; Sari, D. P.*; Asih, R.*; Yoon, S.*; 渡邊 功雄*; 中島 健次 

Kawamura, Seiko; Tomiyasu, Keisuke*; Koda, Akihiro*; Sari, D. P.*; Asih, R.*; Yoon, S.*; Watanabe, Isao*; Nakajima, Kenji

Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$は、スピンフラストレートしたS=1/2ジグザグ鎖をもつ量子スピン系である。この系の磁気基底状態は、非整合なスピン1重項であることが、理論研究から予想されている。また最近では、磁場中でこの系が強誘電性を示すことも報告されている。我々は、この系の磁気的性質を調べるため、ミュオンスピン緩和法を用いた実験を行った。測定した温度領域0.06K$$sim$$250Kにわたり、核双極子場による遅いミュオンスピン緩和が観測された。この結果は、この系の基底状態が非磁性であることを明確に示している。さらに、内部磁場の分布が、10K以下でわずかに増加していることがわかった。この温度変化は、磁場中の電気分極の振る舞いに似ていることから、局所的な磁気状態の変化あるいは分極が、零磁場中でも生じている可能性を示唆している。

Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$ is a one-dimensional quantum spin system with spin frustration. The magnetic ground state of this system has been expected to be incommensurate spin-singlet from a theoretical study. Furthermore, it was recently reported that this system exhibited ferroelectricity under a magnetic field. We carried out $$mu$$SR studies on this system to understand the magnetic properties. A slow muon spin relaxation due to nuclear dipoles is observed in the whole measured temperatures ranging from 0.06 K to 250 K, indicating that no magnetic ordering. The result suggests that the system shows a spin-singlet ground state. Furthermore, it was found that the distribution of the internal magnetic field were slightly enhanced below 10 K. This temperature dependence resembles that of the electric polarization observed in the magnetic field. It may indicate that some local anomaly of charge/spin related to the ferroelectricity is detected by a microscopic probe.

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