ボンドパーコレーション理論を実証した新規量子磁性体のユニークな磁気転移の発見

A Unique magnetic transition process demonstrating the universal effectiveness of bond percolation theory in a quantum magnet

萩原 雅人   ; Zheng, X.-G.*; 山内 一宏*; 西堀 英治*; 河江 達也*; 渡邊 功雄*; 内山 智貴*; Chen, Y.*; Xu, C.-N.*

Hagihara, Masato; Zheng, X.-G.*; Yamauchi, Ichihiro*; Nishibori, Eiji*; Kawae, Tatsuya*; Watanabe, Isao*; Uchiyama, Tomoki*; Chen, Y.*; Xu, C.-N.*

対象としている系において、構成要素の繋がりが増える際の全体の振舞を表すパーコレーションCs理論は、生物学をはじめ様々な分野において適応されている。物質科学においても、高温超伝導やCs量子異常ホール効果においてその有効性は議論されている。一方で相転移の代表例である磁性体のCs磁気転移においては、パーコレーション理論が適応された実験例は、今までに報告されていない。S=1/2量子磁性体銅水酸塩化物Cu(OH)Clは、磁気中間相の秩序の有無が争点であるclinoatacamiteを含む、複数の多形体が存在するが、新たな準三方晶Cu(OH)Clにおいて、非常にユニークな振舞Csが見られた。中性子回折から、T=5.5K以下において(111)面のカゴメ格子の部分長距離秩序を見Cs出した。ただしclinoatacamiteで磁気異常が見られたT20Kの中間相では磁気反射は観測されなかCsった。SR測定からT*20Kから部分スピン液体状態と共存する短距離秩序スピンクラスターの割Cs合が降温に従い線形的に増えていく様子が観測された。T直前においてはカゴメ格子上で0.492の割合まで増えた時点で一気に長距離秩序に移行し、ボンドパーコレーションプロセスと非常に良いCs一致が見られた。新規準三方晶Cu(OH)Clの部分スピン液体状態と特異相転移を解明したことで、clinoatacamiteの中間相の解明はもとより、スピン液体候補物質のherbertsmithiteの再検証にも繋がることが期待される。

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