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論文

Gapless spin liquid in a square-kagome lattice antiferromagnet

藤原 理賀*; 森田 克洋*; Mole, R.*; 満田 節生*; 遠山 貴巳*; 矢野 真一郎*; Yu, D.*; 曽田 繁利*; 桑井 智彦*; 幸田 章宏*; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.3429_1 - 3429_7, 2020/07

 被引用回数:25 パーセンタイル:89.71(Multidisciplinary Sciences)

Observation of a quantum spin liquid (QSL) state is one of the most important goals in condensed-matter physics, as well as the development of new spintronic devices that support next-generation industries. The QSL in two-dimensional quantum spin systems is expected to be due to geometrical magnetic frustration, and thus a kagome-based lattice is the most probable playground for QSL. Here, we report the first experimental results of the QSL state on a square-kagome quantum antiferromagnet, KCu$$_6$$AlBiO$$_4$$(SO$$_4$$)$$_5$$Cl. Comprehensive experimental studies via magnetic susceptibility, magnetisation, heat capacity, muon spin relaxation, and inelastic neutron scattering measurements reveal the formation of a gapless QSL at very low temperatures close to the ground state. The QSL behavior cannot be explained fully by a frustrated Heisenberg model with nearest-neighbor exchange interactions, providing a theoretical challenge to unveil the nature of the QSL state.

論文

Observation of momentum-dependent charge excitations in hole-doped cuprates using resonant inelastic X-ray scattering at the oxygen $$K$$ edge

石井 賢司*; 遠山 貴巳*; 浅野 駿*; 佐藤 研太朗*; 藤田 全基*; 脇本 秀一; 筒井 健二*; 曽田 繁利*; 宮脇 淳*; 丹羽 秀治*; et al.

Physical Review B, 96(11), p.115148_1 - 115148_8, 2017/09

AA2017-0402.pdf:0.81MB

 被引用回数:28 パーセンタイル:78.15(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigate electronic excitations in La$$_{2-x}$$(Br,Sr)$$_x$$CuO$$_4$$ using resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) at the oxygen $$K$$ edge. We observed momentum-dependent spectral weight below 1 eV, which is consistent with theoretical calculation of the dynamical charge structure factor on oxygen orbitals in a three-band Hubbard model. Our results confirm that the momentum-dependent charge excitations exist on the order of the transfer energy ($$t$$), and the broad spectral line shape indicates damped and incoherent character of the charge excitations at the energy range in the doped Mott insulators.

論文

Quasi-spin correlations in a frustrated quantum spin ladder

杉本 貴則*; 森 道康; 遠山 貴巳*; 前川 禎通

Physics Procedia, 75, p.861 - 867, 2015/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.04

The quasi-spin correlations in a frustrated quantum spin ladder with one-half magnetization are theoretically studied by using the density-matrix renormalization-group method and the quasi- spin transformation. In this model, the frustration induces a gapless-to-gapful phase transition with a strong rung coupling. The gapful state is observed as the one-half magnetization plateau in the magnetization curve. In the magnetization-plateau state, we find that the quasi-spin dimer has a large expectation value with long-ranged correlations. This result does not only comes in useful to clarify the magnetization-plateau state, but gives a crucial information to understand the magnetization curve of the real compound BiCu$$_{2}$$PO$$_{6}$$, whose effective spin model corresponds to ours.

論文

Orbital-selective electronic excitations in iron arsenides revealed by simulated nonresonant inelastic X-ray scattering

筒井 健二; 兼下 英司*; 遠山 貴巳*

Physical Review B, 92(19), p.195103_1 - 195103_5, 2015/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:9.92(Materials Science, Multidisciplinary)

非共鳴非弾性X線散乱(NIXS)は電子系の電荷励起を検知する手段としての可能性をもっている。さらに、X線の大きな運動量変化領域における多極子遷移によって、多軌道系遍歴3d電子系の軌道選択された電子励起を決められる可能性が生まれた。その例として鉄砒素系化合物の反強磁性状態を挙げ、NIXSの適切な運動量変化を選ぶことにより、軌道が選択された励起を検知できることを理論的に明らかにする。多軌道系遍歴電子系における軌道励起の本質を理解する上で、NIXSと共鳴非弾性X線散乱がいかにお互いに補い合うかを示す。

論文

Lifshitz transition induced by magnetic field in frustrated two-leg spin-ladder systems

杉本 貴則*; 森 道康; 遠山 貴巳*; 前川 禎通

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.034005_1 - 034005_6, 2015/09

The magnetization curve in a frustrated two-leg spin-ladder system is theoretically studied using both analytical and numerical methods. This spin system is mapped onto a hard-core boson system, which is composed of bond-operators describing the triplon excitation. By the analytical method using the mean-field theory on the bond-operators, we show that cusp singularities emerge in the magnetization curve as a function of a magnetic field due to the strong frustration. This originates from a change of number of Fermi points in the bosonic dispersion relation with the applied field. It is analogous to Lifshitz transition. This singularity is clarified by numerical calculation with the density-matrix renormalization-group method. Our results will be useful to understand the magnetization process observed in the frustrated two-leg spin-ladder compound BiCuH$$_{2}$$OPOH$$_{6}$$O.

論文

Magnetization plateaus by reconstructed quasispinons in a frustrated two-leg spin ladder under a magnetic field

杉本 貴則*; 森 道康; 遠山 貴巳*; 前川 禎通

Physical Review B, 92(12), p.125114_1 - 125114_6, 2015/09

AA2015-0451.pdf:0.43MB

 被引用回数:9 パーセンタイル:42.32(Materials Science, Multidisciplinary)

The quantum phase transitions induced by a magnetic field are theoretically studied in a frustrated two-leg spin ladder. Using the density-matrix renormalization-group method, we find some magnetic phase transitions and plateaux in two different cases of strong and weak rung couplings. With the strong rung coupling, the three magnetization plateaux are found at 1/3, 1/2, and 2/3 due to the frustration. Those can be understood in terms of a quasi-spinon reconstructed from the singlet and the triplets of spins on a rung. The plateau at 1/2 corresponds to the valence bond solid of the quasispinons, while the plateaux at 1/3 and 2/3 can be associated with the array of quasi-spinons such as soliton lattice. This is different from the usual Bose-Einstein-condensation picture of triplons. Our results will be useful to understand magnetization curves in BiCu$$_{2}$$PO$$_{6}$$.

論文

Enhanced charge excitations in electron-doped cuprates by resonant inelastic X-ray scattering

遠山 貴巳*; 筒井 健二; 森 道康; 曽田 繁利*; 柚木 清司*

Physical Review B, 92(1), p.014515_1 - 014515_8, 2015/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:52.6(Materials Science, Multidisciplinary)

銅L吸収端共鳴非弾性X線散乱は銅酸化物高温超伝導物質の電荷励起を調べる強力な手法である。この散乱手法による電荷の集団励起の観測可能性を理論的に調べる。散乱プロセスにおける中間状態を経ることで必然的に電子ドープ系の電荷集団励起モードの強度がホールドープ系よりも強くなる。この電子・ホール非対称性は動的電荷構造因子にも現れる。特に電子ドープ系において低運動量変化の低エネルギー領域に新たな増強された励起モードとして現れる。これらの結果は電子ドープ系の新しい電荷励起モードの共鳴非弾性X線散乱による観測可能性を示している。

論文

Magnetic excitations from the edge-sharing CuO$$_{2}$$ chains in Ca$$_{2}$$Y$$_{2}$$Cu$$_{5}$$O$$_{10}$$

松田 雅昌; 山口 博隆*; 伊藤 利充*; Le, C.*; 岡 邦彦*; 水野 義明*; 遠山 貴巳*; 前川 禎通*; 加倉井 和久*

Physical Review B, 63(18), p.180403_1 - 180403_4, 2001/05

 被引用回数:25 パーセンタイル:75.06(Materials Science, Multidisciplinary)

Ca$$_{2}$$Y$$_{2}$$Cu$$_{5}$$O$$_{10}$$は辺共有CuO$$_{2}$$鎖を有する物質であり、29Kで反強磁性相転移を示す。スピン構造は鎖内で強磁性的、鎖間で反強磁性的である。このことから、この物質は1次元強磁性を研究するうえで重要な物質であると考えられる。今回、この化合物の単結晶を用いて中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、ゾーン中心では鋭い磁気励起が観測されるが、中心から離れるに従って磁気励起のピーク幅が増加することがわかった。この実験事実は、古典的スピン波理論では説明できず、量子効果が大きく関わっていることが予想される。この現象は1次元強磁性体における量子効果という点で新しく興味ある現象であり、今後、実験と理論の両面から研究が進展することが期待される。

口頭

銅酸化物高温超伝導体のL端共鳴非弾性X線散乱に対する理論的研究

筒井 健二; 森 道康; 遠山 貴巳*

no journal, , 

銅酸化物高温超伝導体における銅L吸収端共鳴非弾性X線散乱スペクトルを、ハバード模型の有限サイズのクラスターに対する数値的厳密対角化法により計算し、ホールドープ系と電子ドープ系での電荷励起に起因する散乱スペクトル強度の違いを議論する。

口頭

共鳴非弾性X線散乱による電子ドープ型銅酸化物超伝導体の磁気励起と電荷励起

石井 賢司; 藤田 全基*; 佐々木 隆了*; Minola, M.*; Dellea, G.*; Mazzoli, C.*; Kummer, K.*; Ghiringhelli, G.*; Braicovich, L.*; 遠山 貴巳*; et al.

no journal, , 

本講演では、RIXSを用いた電子ドープ型銅酸化物超伝導体Nd$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_4$$の磁気・電荷励起の研究結果について報告する。銅の$$L_3$$吸収端RIXSで観測されたおよそ100meV以上の高エネルギー磁気励起は、電子ドープが進むにつれて幅を広げながら高エネルギーにシフトすることが明らかになった。このような変化は、ドーピングをしてもほとんど分散が変わらず、母物質の局在スピンの特徴を残したホールドープ型の結果とは対照的である。さらに、電子ドープした試料の$$L_3$$吸収端RIXSでは、$$Gamma$$点の近くで磁気励起よりも高エネルギー側に励起が観測された。その運動量依存性は、$$K$$吸収端で観測されている電荷励起(上部ハバードでのバンド内励起)の分散に滑らかにつながっていることから、同じ起源の電荷励起と考えられ、$$K$$吸収端では観測が難しかった$$Gamma$$点近くの電荷励起の特徴も明らかにすることができた。

口頭

銅酸化物高温超伝導物質に対する酸素K吸収端RIXSのクラスター計算

筒井 健二; 遠山 貴巳*

no journal, , 

銅酸化物高温超伝導物質における酸素K吸収端RIXSをクラスター計算に基づき議論する。特にキャリアドープした場合RIXSスペクトルの入射X線のエネルギー依存性を議論し、銅L吸収端RIXSスペクトルで観測される電荷励起スペクトルとの類似性・相違性を明らかにする。

口頭

銅酸化物高温超伝導体に対する酸素K端共鳴非弾性X線散乱の理論的研究

筒井 健二; 遠山 貴巳*

no journal, , 

銅酸化物高温超伝導体における酸素K吸収端共鳴非弾性X線散乱スペクトルを大規模数値計算により求め、波数依存性やキャリアのドープ依存性を理論的に議論する。

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