Coupled dimerized alternating-bond quantum spin chains in the distorted honeycomb-lattice magnet CuSbO

歪んだハニカム格子磁性体CuSbOにおける結合ダイマー交互結合量子スピン鎖

Piyakulworawat, C.*; 森田 克洋*; 福元 好志*; Hsieh, W.-Y.*; Chen, W.-T.*; 中島 健次   ; 河村 聖子   ; Zhao, Y.*; Wannapaiboon, S.*; Piyawongwatthana, P.; 佐藤 卓*; Matan, K.*

Piyakulworawat, C.*; Morita, Katsuhiro*; Fukumoto, Yoshiyuki*; Hsieh, W.-Y.*; Chen, W.-T.*; Nakajima, Kenji; Kawamura, Seiko; Zhao, Y.*; Wannapaiboon, S.*; Piyawongwatthana, P.; Sato, Taku*; Matan, K.*

歪んだハニカム化合物CuSbOの中性子非弾性散乱および磁化データを、一次のダイマー展開計算と量子モンテカルロシミュレーションを用いて解析した。これまでに提案されたハニカム格子モデルとは対照的に、この系は相互作用するダイマースピン鎖を有し、鎖に沿って強磁性-反強磁性結合が交互に現れることが示された。さらに、他のCuベースの歪んだハニカム磁性体で観測される典型的な結合とは異なり、スピン鎖は、予想される層間の鎖間結合ではなく、主にハニカム層間に生じる反強磁性結合を介して結合する。つまり、CuSbOの磁気結合スキームが異なることが明らかになった。さらに、X線分光法と透過型電子顕微鏡を利用して、化合物の結晶構造と積層欠陥モデルも従来のモデルをより精密化した。

We analyze powder-averaged inelastic neutron scattering and magnetization data for the distorted honeycomb compound CuSbO using a first-order dimer expansion calculation and quantum Monte Carlo simulations. We show that, in contrast to the previously proposed honeycomb lattice model, CuSbO accommodates interacting dimerized spin chains with alternating ferromagnetic-antiferromagnetic couplings along the chain. Moreover, unlike the typical couplings observed in other Cu-based distorted honeycomb magnets, the spin chains in CuSbO primarily couple through an antiferromagnetic coupling that arises between the honeycomb layers, rather than the expected interchain coupling in the layers. This finding reveals a different magnetic coupling scheme for CuSbO. In addition, utilizing X-ray spectroscopy and transmission electron microscopy, we also refine the crystal structure and stacking-fault model of the compound.