二次元フラストレート反強磁性体における磁場誘起量子一次転移

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藤原 理賀 ; 萩原 雅人   ; 石角 元志*; Sari, D. P.*; 渡邊 功雄*; 髭本 亘  ; 田端 千紘; 金子 耕士   

Fujihara, Masayoshi; Hagihara, Masato; Ishikado, Motoyuki*; Sari, D. P.*; Watanabe, Isao*; Higemoto, Wataru; Tabata, Chihiro; Kaneko, Koji

量子揺らぎに起因する一次相転移(QFOT)は、本質的には非連続でありながら、臨界転移に類似した特異な振る舞いを示す。スピン系では、磁場によってQFOTが誘起される可能性があり、新奇量子状態へのアクセス手段として注目されている。しかし、実験的に明確に確認された例は極めて少ない。本研究では、層状反強磁性体KCoPOHOにおいて、磁場誘起QFOTの明瞭な実験的証拠を得た。本物質は、異方的なCoO八面体がac面内に層状に連なる構造を持ち、スピンはac面内に配向する。配向させた板状微結晶試料を用いて、磁化、比熱、ミュオンスピン緩和(SR)、中性子回折といった相補的手法による測定を行った。その結果、Hc=0.6Tの臨界磁場近傍で、磁化の急峻な変化、比熱ピークの消失、SRによるスピン揺らぎの残存、さらに整合相と非整合相に対応する磁気ブラッグ反射の共存といった特徴が観測された。これらの結果は、熱的ではなく量子的揺らぎによって駆動される一次転移の特徴と整合する。本転移は、XY型異方性、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用、交換相互作用の競合によって、それぞれ安定化された整合相と非整合相が拮抗することに起因すると考えられる。

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