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論文

Contrasting magnetic structures in SrLaCuSbO $_{6}$ and SrLaCuNbO $_{6}$ ; Spin- $frac{1}{2}$ quasi-square-lattice $J_{1}$ - $J_{2}$ Heisenberg antiferromagnets

渡邊正理*; 栗田伸之*; 田中秀数*; 植野航*; 松井一樹*; 後藤貴行*; 萩原雅人

Physical Review B, 105(5), p.054414_1 - 054414_12, 2022/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.054414

被引用回数：4 パーセンタイル：56.43(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the magnetic properties of the double perovskites SrLaCuSbO $_{6}$ (SLCSO) and SrLaCuNbO $_{6}$ (SLCNO). The temperature dependence of the magnetic susceptibilities of both com-pounds shows a broad maximum characteristic of an = 1/2 square lattice Heisenberg antiferromagnet. Magnetic ordering occurs at $_{rm N}$ = 13.6 and 15.7 K for SLCSO and SLCNO, respectively. Neutron powder diffraction measurements reveal contrasting spin structures in both compounds. The spin structures of SLCSO and SLCNO below $_{rm N}$ are Nel antiferromagnetic and collinear antiferromagnetic, respectively. This result demonstrates that the nearest-neighbor interaction is dominant in SLCSO, whereas the next-nearest-neighbor interaction is dominant in SLCNO. The magnitude of the ordered moment was evaluated at 3.5 K to be = 0.39(3) $_{rm B}$ for SLCSO and 0.29(2) $_{rm B}$ for SLCNO, which are significantly smaller than those calculated using linear spin wave theory. We infer that the small ordered moment is caused by the effect of exchange bond randomness arising from the site disorder of Sr and La ions.

論文

Structures of magnetic excitations in the spin- $frac{1}{2}$ kagome-lattice antiferromagnets Cs $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ and Rb $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$

齋藤睦己*; 高岸龍之介*; 栗田伸之*; 渡邊正理*; 田中秀数*; 野村竜司*; 福元好志*; 池内和彦*; 梶本亮一

Physical Review B, 105(6), p.064424_1 - 064424_15, 2022/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.064424

被引用回数：6 パーセンタイル：70.93(Materials Science, Multidisciplinary)

Cs $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ is a spin- $frac{1}{2}$ antiferromagnet on a nearly uniform kagome lattice. This compound undergoes magnetic ordering with the = 0 structure and positive chirality, which is mainly caused by the large Dzyaloshinskii-Moriya interaction. Rb $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ is a spin- $frac{1}{2}$ antiferromagnet on a modified kagome lattice with a enlarged chemical unit cell at room temperature. Its ground state is a pinwheel valence bond solid (VBS) with an excitation gap. Here, we show the structures of magnetic excitations in Cs $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ and Rb $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ investigated by inelastic neutron scattering in wide energy and momentum ranges. For Cs $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ , four single-magnon excitation modes were observed. It was confirmed that the energy of single-magnon excitations arising from the point in the extended Brillouin zones is largely renormalized downwards. It was found that the broad excitation continuum without a marked structure spreads in a wide energy range from to approximately . These findings strongly suggest spinon excitations as elementary excitations in Cs $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ . In Rb $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ , singlet-triplet excitations from the pinwheel VBS state and their ghost modes caused by the enlargement of the chemical unit cell were clearly confirmed. It was found that the excitation continuum is structured in the low-energy region approximately below $J_mathrm{avg}$ and the almost structureless high-energy excitation continuum extends to approximately $2.6J_mathrm{avg}$ . The characteristics of the high-energy excitation continuum are common to both Cs $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ and Rb $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ , irrespective of their ground states. The experimental results strongly suggest that the spin liquid component remains in the ground state as quantum fluctuations in Cs $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ and Rb $_{2}$ Cu $_{3}$ SnF $_{12}$ .

論文

Magnons and spinons in Ba $_{2}$ CoTeO $_{6}$ ; A Composite system of isolated spin- $frac{1}{2}$ triangular Heisenberg-like and frustrated honeycomb Ising-like antiferromagnets

児島佑樹*; 栗田伸之*; 田中秀数*; 中島健次

Physical Review B, 105(2), p.L020408_1 - L020408_6, 2022/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.L020408

被引用回数：3 パーセンタイル：45.85(Materials Science, Multidisciplinary)

二次元性の良いスピン1/2Heisenberg三角格子反強磁性体を含むBa $_{2}$ CoTeO $_{6}$ の磁気励起を中性子散乱を用いて観測した。Ba $_{2}$ CoTeO $_{6}$ の磁気モデルは2つの独立した二次元系スピン1/2Heisenberg三角格子反強磁性体とIsing的J1-J2-J3ハニカム格子反強磁性体で捉えることができる。三角格子に由来する励起スペクトルは線形スピン波理論の分散関係とは異なり、複数のロトンライクミニマムを持つ。これはフェルミオニックスピノンを用いた計算によって示される結果と類似している。ハニカム格子に由来する分散関係は高エネルギー領域に現われ、線形スピン波理論で捉えることができた。

論文

Localized magnetic excitations in the fully frustrated dimerized magnet Ba $_{2}$ CoSi $_{2}$ O $_{6}$ Cl $_{2}$

栗田伸之*; 山本大輔*; 金坂拓哉*; 古川信夫*; 河村聖子; 中島健次; 田中秀数*

Physical Review Letters, 123(2), p.027206_1 - 027206_6, 2019/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.027206

被引用回数：4 パーセンタイル：36.25(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic excitations of the effective spin =1/2 dimerized magnet Ba $_{2}$ CoSi $_{2}$ O $_{6}$ Cl $_{2}$ have been probed directly via inelastic neutron scattering experiments. We observed five types of excitation, which are all dispersionless within the resolution limits. The scattering intensities of the three low-lying excitations were found to exhibit different -dependences. Detailed analysis has demonstrated that Ba $_{2}$ CoSi $_{2}$ O $_{6}$ Cl $_{2}$ is a two dimensional spin dimer system described only by a single dimer site, where the triplet excitations are localized owing to the almost perfect frustration of the interdimer exchange interactions and the undimerized spins, even in small concentration, make an essential contribution to the excitation spectrum.

論文

Triplon band splitting and topologically protected edge states in the dimerized antiferromagnet

那波和宏*; 田中公人*; 栗田伸之*; 佐藤卓*; 杉山晴紀*; 植草秀裕*; 河村聖子; 中島健次; 田中秀数*

Nature Communications (Internet), 10, p.2096_1 - 2096_8, 2019/05

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10091-6

被引用回数：16 パーセンタイル：74.1(Multidisciplinary Sciences)

固体物理学の分野において、現在、その省エネルギーの情報伝達や情報処理への応用もにらんで、トポロジカル物質の探索が精力的に行われている。近年の研究では、フェルミオンである電子にとどまらず、ボゾンにおいてもトポロジカルな状態が生まれることが示唆されている。ここで我々は、スピン1/2のダイマー反強磁性体Ba $_{2}$ CuSi $_{2}$ O $_{6}$ Cl $_{2}$ について中性子非弾性散乱実験を行い、トポロジカル的に重要と思われるトリプロンのバンドを測定した。実験結果は、ダイマー間相互作用の小さな交替により生じていると思われるトリプロンバンドの分裂を明瞭に捉えた。解析により、Ba $_{2}$ CuSi $_{2}$ O $_{6}$ Cl $_{2}$ については、初めてとなるボゾンによって実現した結合型Su-Schrieffer-Heeger模型を実現した系であると思われ、トポロジカルに保護された端状態が存在しているものと思われる。

論文

Structure of the magnetic excitations in the spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet Ba $_{3}$ CoSb $_{2}$ O $_{9}$

伊藤沙也*; 栗田伸之*; 田中秀数*; 河村聖子; 中島健次; 伊藤晋一*; 桑原慶太郎*; 加倉井和久*

Nature Communications (Internet), 8, p.235_1 - 235_6, 2017/08

https://doi.org/10.1038/s41467-017-00316-x

被引用回数：76 パーセンタイル：94.06(Multidisciplinary Sciences)

A spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet (TLHAF) is a prototypical frustrated quantum magnet, which exhibits remarkable quantum many-body effects that arise from the synergy between spin frustration and quantum fluctuation. The ground-state properties of a spin-1/2 TLHAF are theoretically well understood. However, magnetic excitations are less well understood and the theoretical consensus is limited. The experimental study of the magnetic excitations in spin-1/2 TLHAFs has also been limited. Here we show the whole picture of magnetic excitations in the spin-1/2 TLHAF Ba $_{3}$ CoSb $_{2}$ O $_{9}$ investigated by inelastic neutron scattering. Significantly different from the theory, the excitation spectra have a three-stage energy structure. The lowest first stage is composed of dispersion branches of single-magnon excitations. The second and third stages are dispersive continua accompanied by columnar continuum extending above 10 meV, which is six times larger than the exchange interaction J=1.67 meV. Our results indicate the necessity of a new theoretical framework.

論文

Softening of magnetic excitations leading to pressure-induced quantum phase transition in gapped spin system KCuCl $_{3}$

後藤健治*; 長壁豊隆; 加倉井和久; 上床美也*; 大沢明*; 川上潤*; 田中秀数*

Journal of the Physical Society of Japan, 76(5), p.053704_1 - 053704_4, 2007/05

https://doi.org/10.1143/JPSJ.76.053704

被引用回数：12 パーセンタイル：57.82(Physics, Multidisciplinary)

スピンギャップ系KCuCl $_{3}$ における圧力下の磁気励起の中性子非弾性散乱実験を行った。4.7kbarの静水圧下における磁気励起のソフト化が明瞭に観測された。その分散関係の解析により圧力下でダイマー内の相互作用が減少し、ほぼすべてのダイマー間の相互作用が増加することを明らかにした。

論文

Pressure-induced magnetic ordering in KCuCl $_{3}$

加倉井和久; 長壁豊隆; 後藤健治*; 大沢明*; 藤澤真士*; 田中秀数*

Physica B; Condensed Matter, 385-386(Part 1), p.450 - 452, 2006/11

https://doi.org/10.1016/j.physb.2006.05.237

被引用回数：1 パーセンタイル：6.63(Physics, Condensed Matter)

KCuCl $_{3}$ 及びTlCuCl $_{3}$ はそれぞれ31K及び7.7Kのギャップエネルギーを持つスピンシングレット基底状態系である。このスピンギャップの要因はCu $_{2}$ Cl $_{6}$ が形成する反強磁性ダイマーである。磁化の測定からそれぞれ8.8kbar及び0.42kbarの臨界磁場でこれらの系が圧力誘起磁気秩序を示すことが明らかにされた。今回、圧力下の中性子散乱実験によりこの圧力誘起磁気秩序構造を解明し、スピン-格子相関に起因すると思われる新規なスピン方向変移(spin reorientation)が観測されたので報告する。

論文

Pressure-induced magnetic quantum phase transition in gapped spin system KCuCl $_{3}$

後藤健治; 藤澤真士*; 田中秀数*; 上床美也*; 大沢明*; 長壁豊隆; 加倉井和久

Journal of the Physical Society of Japan, 75(6), p.064703_1 - 064703_7, 2006/06

https://doi.org/10.1143/JPSJ.75.064703

被引用回数：30 パーセンタイル：76.29(Physics, Multidisciplinary)

3次元的に弱く結合したスピン・ダイマー系KCuCl $_{3}$ の静水圧下磁化及び中性子回折実験が行われた。前者の実験により圧力の印加とともにダイマー内の相互作用が弱くなり、ダイマー間の相互作用が強くなることが発見された。これによりスピンギャップが減少し、反強磁性基底状態への量子相転移が臨界圧力Pc8.2kbarで起こる。PPcの圧力下で反強磁性磁気秩序構造を中性子回折実験により明らかにした。

論文

Magnetoelastic coupling in the spin-dimer system TlCuCl

Johannsen, N.*; Vasiliev, A.*; 大沢明; 田中秀数*; Lorenz, T.*

Physical Review Letters, 95(1), p.017205_1 - 017205_4, 2005/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.017205

被引用回数：23 パーセンタイル：71.28(Physics, Multidisciplinary)

磁場誘起相転移を示すTlCuClにおいて高分解能熱膨張及び磁歪測定を行った。その結果、格子変形が顕著な温度及び磁場依存性を示すことを観測した。これはこの系においてスピン-格子相関が重要であることを示唆している。また、相境界が圧力に対して極めて敏感であることがわかった。これらの結果は一軸圧に対するダイマー内相互作用の変化によるものだと思われる。ダイマー間相互作用に関しては、圧力によって基本的には変化しないが、TlをKに置換すると劇的に変化する。

論文

Dynamics of an anisotropic spin dimer system in a strong magnetic field

Kolezhuk, A. K.*; Glazkov, V. N.*; 田中秀数*; 大沢明

Physical Review B, 70(2), p.020403_1 - 020403_4, 2004/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.020403

被引用回数：44 パーセンタイル：83.54(Materials Science, Multidisciplinary)

スピンダイマー物質TlCuClにおいて最近測定された強磁場ESRスペクトルを有効場理論を用いて解析した。その結果、ダイマー内及びダイマー間交換相互作用に弱い異方性を仮定することによって全ての測定条件におけるESRの実験結果を理論的に説明できることがわかった。

論文

Pressure-induced successive magnetic phase transitions in the spin gap system TlCuCl $_{3}$

大沢明; 加倉井和久; 長壁豊隆; 中村充孝; 武田全康; 田中秀数*

Journal of the Physical Society of Japan, 73(6), p.1446 - 1449, 2004/06

https://doi.org/10.1143/JPSJ.73.1446

被引用回数：33 パーセンタイル：77.7(Physics, Multidisciplinary)

TlCuCl $_{3}$ はこれまでに行われてきた磁気測定の結果から基底状態がスピン-重項で励起状態との間に有限なエネルギーギャップ=7.7Kを持つスピンギャップ系であることがわかっている。最近、この系に対して、=1.48GPaの静水圧を印加し非偏極中性子弾性散乱実験を行ったところ、零磁場中で $_{N}$ =16.9K以下において三次元秩序に伴う磁気ブラッグ散乱を観測した。われわれは今回この圧力誘起相転移に伴う磁気秩序構造についてより詳細に調べるために偏極中性子弾性散乱実験を行った。その結果、 $_{N}$ =16.9K直下では秩序モーメントはa-c面内に寝ていて、 $_{SR}$ =10.0Kで逐次相転移を起こし、モーメントがb軸方向に立ち始める振る舞いを新たに発見した。

論文

Field-induced magnetic order and simultaneous lattice deformation in TlCuCl

Vyaselev, O.*; 瀧川仁*; Vasiliev, A.*; 大沢明; 田中秀数*

Physical Review Letters, 92(20), p.207202_1 - 207202_4, 2004/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.207202

被引用回数：37 パーセンタイル：79.53(Physics, Multidisciplinary)

ダイマースピンギャップ系TlCuClにおいて磁場中におけるCu核及びCl核のNMR測定及び熱膨張測定を行った。その結果、NMR線の分裂から磁場誘起反強磁性相転移を確認し、その相転移がわずかに不連続的であることを新しく見いだした。また、相境界を横切る際にClサイトの電場勾配の突然の変化や格子定数の大きい変化を観測し、これらの結果はこの磁気秩序が格子変形を伴っていることを意味し、この系におけるスピン-格子相関の重要性を示唆している。

論文

Magnetization plateaux of the =1/2 two-dimensional frustrated antiferromagnet Cs $_{2}$ CuBr $_{4}$

小野俊雄*; 田中秀数*; Kolomiyets, O.*; 三田村裕幸*; 後藤恒昭*; 中島健次; 大沢明; 小池良浩; 加倉井和久; Klenke, J.*; et al.

Journal of Physics; Condensed Matter, 16(11), p.S773 - S778, 2004/03

https://doi.org/10.1088/0953-8984/16/11/028

被引用回数：65 パーセンタイル：89.35(Physics, Condensed Matter)

磁化過程及び中性子散乱実験を用いて=1/2二次元三角格子反強磁性体Cs $_{2}$ CuBr $_{4}$ の磁性を調べた。その結果、以下のようなことがわかった。この系は零磁場中ではT $_{N}$ =1.4Kで波数=(h,k,1)=(0,0.575,0)に対応する不整合構造を持つ磁気秩序を起こす。またこの系に、b軸及びc軸方向に磁場を印加していくと、飽和磁化の約1/3のところに磁化プラトーを示す。a軸方向に磁場をかけた場合は、特に異常は示さない。また磁場印加に伴って零磁場磁気構造の波数=(0,0.575,0)からkが増加をはじめ、1/3プラトー領域で=(0,0.662,0)でロックされることがわかった。これは、1/3プラトー領域では量子揺らぎによってuud構造が安定化されていることを示している。また、1/3領域からさらに磁場を印加していくと2/3プラトーも発現しているような振る舞いも見られた。

論文

Neutron diffraction study of the pressure-induced magnetic ordering in the spin gap system TlCuCl $_{3}$

大沢明; 藤澤真士*; 長壁豊隆; 加倉井和久; 田中秀数*

Journal of the Physical Society of Japan, 72(5), p.1026 - 1029, 2003/05

https://doi.org/10.1143/JPSJ.72.1026

被引用回数：60 パーセンタイル：87.54(Physics, Multidisciplinary)

TlCuCl $_{3}$ はこれまでに行われてきた磁気測定の結果から基底状態がスピン一重項で励起状態との間に有限なエネルギーギャップ=7.7Kを持つスピンギャップ系であることがわかっている。最近この物質に0.8GPa程度の静水圧をかけると零磁場において $T_{N}$ 11Kで三次元秩序を示す相転移を起こすことが磁化測定から観測された。われわれはこの圧力誘起相転移の磁気構造を調べるために中性子弾性散乱実験を行った。その結果、=1.48GPaの圧力下で $T_{N}$ =16.9K以下において波数=(, 0, )(は整数,は奇数)に対応する点で磁気ブラッグ散乱を観測した。また=12.2K及び=4.0Kにおいて磁気ブラッグ散乱強度の比から磁気構造を決定した。その結果、 $T_{N}$ 以下で一度磁気モーメントが面内で秩序化し、さらに低温で軸方向に向きを変えているということがわかった。また=12.2Kで得られた磁気構造はすでに観測されているTlCuCl $_{3}$ のbにおける磁場誘起磁気秩序相及びTl(Cu $_{0.97}$ Mg $_{0.03}$ )Cl $_{3}$ における不純物誘起反強磁性秩序相の磁気構造とほぼ同じであることがわかった。

論文

Neutron scattering study of magnetic ordering and excitations in the doped spin-gap system Tl(Cu $_{1-x}$ Mg $_{x}$ )Cl $_{3}$

大沢明; 藤澤真士*; 加倉井和久; 田中秀数*

Physical Review B, 67(18), p.184424_1 - 184424_8, 2003/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.184424

被引用回数：31 パーセンタイル：77.47(Materials Science, Multidisciplinary)

ドープされたスピンギャップ系Tl(Cu $_{0.97}$ Mg $_{0.03}$ )Cl $_{3}$ における不純物誘起反強磁性秩序での磁気構造及び磁気励起を調べるために中性子散乱実験を行った。その結果、T $_{N}$ =3.45K以下で磁気ブラッグ散乱を観測し、磁気構造を決定した。その結果、この磁気構造は母体物質であるTlCuCl $_{3}$ の磁場誘起秩序相の磁気構造と同じであることがわかった。またTlCuCl $_{3}$ と同様に三重項磁気励起を観測し、その磁気励起の分散関係を決定した。そして、スピンギャップに対応する最小エネルギー励起も観測した。またそのスピンギャップの温度変化を調べた結果、T $_{N}$ 以下で急激に増大する振る舞いが見られた。この結果はこの系において、不純物誘起反強磁性秩序とスピンギャップが共存しているのを強く主張している。

論文

Magnetic excitations in the spin-gap system TlCuCl $_{3}$

大沢明*; 加藤徹也*; 田中秀数*; 加倉井和久; Mller, M.*; Mikeska, H.-J.*

Physical Review B, 65(9), p.094426_1 - 094426_7, 2002/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.094426

被引用回数：90 パーセンタイル：93.53(Materials Science, Multidisciplinary)

TlCuCl $_{3}$ は基底一重項を持ち0.65MeVの励起ギャップを示す系である。中性子非弾性散乱によりTlCuCl $_{3}$ における磁気励起を研究した。4方向の分散関係が決定され、そこから各々の相互作用が見積もられ、TlCuCl $_{3}$ が比較的強くカップルしたスピン・ダイマー系であることを明らかにした。

論文

Magnetic excitations in the quantum spin system NH $_{4}$ CuCl $_{3}$

大沢明; 小野俊雄*; 加倉井和久; 田中秀数*

Proceedings of Workshop on the Perspectives in Single Crystal Neutron Spectroscopy (SCNS 2002) (CD-ROM), 4 Pages, 2002/00

NH $_{4}$ CuCl $_{3}$ は結晶構造の特徴として、化学的ダイマーCu $_{2}$ Cl $_{6}$ がa軸方向に二重鎖を形成しており、飽和磁化の1/4と3/4のところに磁化プラトーを持つ物質である。今回われわれはこの物質の磁気励起を調べるために、中性子非弾性散乱の実験を行った。その結果、約1.5meVと約3meVのところに磁気励起を観測し、またそれぞれの磁気励起について分散関係を決定した。

口頭

TlCuCl $_{3}$ 及びKCuCl $_{3}$ の高圧下における磁化測定と中性子散乱

後藤健治*; 藤澤真士*; 大沢明*; 加倉井和久; 長壁豊隆; 上床美也*; 田中秀数*

no journal, ,

TlCuCl $_{3}$ 及びKCuCl $_{3}$ はそれぞれ7.7K及び31Kのギャップエネルギーを持つスピンシングレット基底状態系である。このスピンシングレット基底状態の要因はCu $_{2}$ Cl $_{6}$ が形成する反強磁性ダイマーである。この発表では圧力下の磁化測定及び中性子散乱による圧力誘起磁気秩序の研究について報告する。磁化測定からTlCuCl $_{3}$ 及びKCuCl $_{3}$ がそれぞれ0.42 kbar及び8.2kbarの臨界圧力以上で磁気秩序を示すことを明らかにした。中性子回折実験によりそれぞれの圧力誘起磁気秩序構造が解明され、スピン-格子相関に起因すると思われるスピン方向変移が発見された。

口頭

擬一次元反強磁性体CuClHCSOのスピンダイナミクス

藤澤真士*; 白木高輔*; 大久保晋*; 太田仁*; 吉田誠*; 田中秀数*; 坂井徹

no journal, ,

二重鎖構造を持つ擬一次元反強磁性体CuClHCSOのスピンダイナミクスについて、電子スピン共鳴(ESR)を用いて研究した結果を報告する。この系はスピンギャップを持つことが知られているが、スピンギャップはスピン一重項と三重項の間の励起のため、ESR遷移はスピンの保存則により禁止されている。ところが、この系ではスピンギャップに相当するESR遷移が観測された。本研究では、このESR遷移のメカニズムがジャロシンスキー・守谷相互作用であることを立証し、ESR強度の角度依存性に選択則を適用することにより、その相互作用ベクトルの向きを特定することに成功した。