Spin gap in the weakly interacting quantum spin chain antiferromagnet KCuPOHO

弱く結合した量子スピン反強磁性鎖化合物KCuPOHOにおけるスピンギャップ状態

藤原 理賀 ; 萩原 雅人   ; 森田 克洋*; 村井 直樹  ; 幸田 章宏*; 岡部 博孝*; 満田 節生*

Fujihara, Masayoshi; Hagihara, Masato; Morita, Katsuhiro*; Murai, Naoki; Koda, Akihiro*; Okabe, Hirotaka*; Mitsuda, Setsuo*

= 1/2ハイゼンベルグ直線鎖反強磁性体は、最も単純なスピンモデルであるが、様々な量子多体現象のプラットフォームを提供する。この論文では、準一次元反強磁性体KCuPOHOの磁性を報告した。 = 11.7(1) Kにおいて、格子整合な長距離反強磁性秩序が形成され、その磁気モーメントの大きさは0.31(1) である事がわかった。また鎖内相互作用と鎖間相互作用の大きさはそれぞれ172Kと4.25(4) Kと見積もられ、/の比は0.0247(3)である。中性子非弾性散乱実験により、より高温では、一次元ハイゼンベルグ量子スピン鎖の特徴である連続体励起スペクトルが観測され、より低温では、分散励起にスピンギャップが観測された。これらの結果は、弱く結合した = 1/2ハイゼンベルグスピン鎖系で観測される性質と一致する。

The = 1/2 Heisenberg linear chain antiferromagnet is the simplest spin model; nevertheless it serves as a platform for various quantum many-body phenomena. Here, we report the magnetic behavior of a quasi-one-dimensional antiferromagnet KCuPOHO. A long-range commensurate antiferromagnetic order with ordered moment 0.31(1) per spin occurs at = 11.7(1) K. Above , the inelastic neutron excitation is characterized by a two spinon continuum. The intrachain interaction and interchain interaction are estimated to be 172 K and 4.25(4) K, respectively; thus the ratio of the / = 0.0247(3). At lower energies, below , a spin gap is observed in the dispersive excitations. These results are consistent with characteristics observed in weakly interacting = 1/2 Heisenberg chain system.