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Birchite Cd$$_{2}$$Cu$$_{2}$$(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$SO$$_{4}$$ $$cdot$$ 5H$$_{2}$$O as a model antiferromagnetic spin-1/2 Heisenberg $${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$ chain

$${it S}$$ = 1/2ハイゼンベルクスピン$${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$反強磁性鎖モデル物質birchite Cd$$_{2}$$Cu$$_{2}$$(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$SO$$_{4}$$ $$cdot$$ 5H$$_{2}$$O

藤原 理賀 ; Jeschke, H. O.*; 森田 克洋*; 桑井 智彦*; 幸田 章宏*; 岡部 博孝*; 松尾 晶*; 金道 浩一*; 満田 節生*

Fujihara, Masayoshi; Jeschke, H. O.*; Morita, Katsuhiro*; Kuwai, Tomohiko*; Koda, Akihiro*; Okabe, Hirotaka*; Matsuo, Akira*; Kindo, Koichi*; Mitsuda, Setsuo*

$${it S}$$ = 1/2ハイゼンベルグ$${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$反強磁性鎖は、エキゾチックなスピン状態の発現が予想されており、広く研究されている。この論文では、birchiteと呼ばれる銅鉱物、化学式Cd$$_{2}$$Cu$$_{2}$$(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$SO$$_{4}$$$$cdot$$5H$$_{2}$$Oの磁気挙動とその有効スピンモデルについて報告する。帯磁率,磁化,比熱,$$mu$$SR測定による実験的研究から、0.4Kまで長距離秩序を示さないことがわかった。理論研究から、birchiteは$${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$反強磁性鎖のモデル化合物であり、鎖内相互作用$${it J}$$$$_{1}$$、$${it J}$$$$_{2}$$は反強磁性的で、その大きさは鎖間相互作用の約100倍であることがわかった。$${it J}$$$$_{2}$$の大きさは$${it J}$$$$_{1}$$の大きさの2$$sim$$3倍であるため、スピンギャップは$${it J}$$$$_{1}$$の数%に過ぎないと予想される。比熱の温度依存性は約1Kでブロードなピーク($$approx$$ 0.036$${it J}$$$$_{1}$$)を示し、スピンギャップの存在が示唆された。

$${it S}$$ = 1/2 Heisenberg $${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$ chain antiferromagnets have been investigated extensively due to their exotic magnetic states. Here, we report the magnetic behavior of birchite Cd$$_{2}$$Cu$$_{2}$$(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$SO$$_{4}$$$$cdot$$5H$$_{2}$$O and its effective spin model. Experimental studies by magnetic susceptibility, magnetization, heat capacity, and $$mu$$SR measurements indicate the absence of long-range order down to 0.4 K. Theoretical studies reveal that birchite is a model compound for the $${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$ antiferromagnetic chain: the intrachain interactions $${it J}$$$$_{1}$$ and $${it J}$$$$_{2}$$ are antiferromagnetic and their magnitude is about 100 times larger than the interchain interactions. The magnitude of $${it J}$$$$_{2}$$ is two to three times larger than that of $${it J}$$$$_{1}$$, thus the spin gap is expected to be only a few percent of that of $${it J}$$$$_{1}$$. The temperature dependence of the specific heat shows a broad peak at about 1 K ($$simeq$$ 0.036 $${it J}$$$$_{1}$$), which suggests the presence of a spin gap.

発表言語

 :

English

掲載資料名

 :

Physical Review Materials (Internet)

巻

 :

6

号

 :

11

ページ数

 :

p.114408_1 - 114408_8

発行年月

 :

2022/11

発表会議名

 :

開催年月

 :

開催都市

 :

開催国

 :

キーワード

 :

一次元系; 量子スピン系; フラストレーション; $$mu$$sr

特許データ

 :

PDF

 :


論文URL

 :

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.114408

研究データの公開先DOI

 :

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使用施設

 :

J-PARC物質・生命科学実験施設  

広報プレスリリース

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論文解説記事
(成果普及情報誌)

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受委託・共同研究相手機関

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Access

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- Accesses

InCites™

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パーセンタイル：12.90

分野：Materials Science, Multidisciplinary

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