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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

Magnetic excitations of the effective spin $$S$$ =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 $$Q$$-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

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

 被引用回数:11 パーセンタイル:19.69(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

Delocalization of the $$f$$ electron in Ce$$_x$$La$$_{1-x}$$Ru$$_2$$Si$$_2$$; The de Haas-van Alphen effect measurement

松本 裕司; 木村 憲彰*; 小松原 武美*; 青木 晴善*; 栗田 伸之*; 寺嶋 太一*; 宇治 進也*

Journal of Physics; Conference Series, 391, p.012042_1 - 012042_4, 2012/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:47.35

CeRu$$_2$$Si$$_2$$は、$$gamma$$ of 350mJ/mol K$$^2$$を持つ典型的な重い電子系物質である。この物質の[001]方向に磁場を印加したときに、7.7Tでメタ磁性転移を引き起こす。一方、この(001)面内に磁場を印加したときは、メタ磁性を引き起こさない。この大きな磁気異方性は、CeをLaに置換したときにおいても、常に残っている。CeをLaに置換すると、$$x_c$$=0.91で反強磁性秩序を起こし、Ceが希薄濃度になると反強磁性秩序は消失する。そして、Ce濃度が非常に薄い濃度領域で不純物近藤効果を引き起こす。$$x$$=0.02の試料では、近藤温度を1.3Kと見積もった。その濃度において、dHvA振動の観測に成功した。そして、温度に対してフェルミ面が連続的に変化していることを明らかにした。このことは、f電子は、不純物近藤効果を起こし近藤シングレットを形成したときは遍歴していて、温度の上昇とともに局在化していくことを示している。

口頭

Ce$$_x$$La$$_{1-x}$$Ru$$_2$$Si$$_2$$混晶系のCe希薄領域でのフェルミ面の変化,3

松本 裕司; 木村 憲彰*; 小松原 武美*; 青木 晴善*; 栗田 伸之*; 寺嶋 太一*; 宇治 進也*

no journal, , 

CeRu$$_2$$Si$$_2$$は、正方晶ThCr$$_2$$Si$$_2$$型結晶構造で、350mJ/mol K$$^2$$の電子比熱係数を持つ典型的な重い電子系である。この物質の[001]方向に磁場を印加すると、約7.7Tでクロスオーバー的なメタ磁性転移を起こす。dHvA効果測定によると、このメタ磁性とともに、f電子が遍歴から局在に変化するようなフェルミ面の変化を起こす。一方、(001)面内に磁場を印加した時は、メタ磁性も起こさず、f電子は遍歴のままである。この大きな磁気異方性は、CeRu$$_2$$Si$$_2$$のCeをLaに希釈しても、常に存在する。われわれは、dHvA効果測定により、(001)面内に磁場を印加したときに、f電子のないLaRu$$_2$$Si$$_2$$のLaをわずかにCeに置換したCe濃度において、f電子が遍歴している可能性が高いことを明らかにした。もし、Ce希薄濃度で既にf電子が遍歴しているとすれば、高温で局在していたf電子が、不純物近藤効果により降温で遍歴するはずである。今回は、新たにCe希薄濃度において温度によるフェルミ面の変化を、dHvA効果の測定により観測した。

口頭

Elementary excitations in an S=1/2 antiferromagnetic chain KCuGaF$$_{6}$$

田中 秀数*; 栗田 伸之*; 梅垣 いづみ*; 小野 俊雄*; Laver, M.*; Niedermayer, Ch.*; R$"u$egg, Ch.*; 河村 聖子; 中島 健次; 加倉井 和久

no journal, , 

Neutron scattering experiments using AMATERAS at J-PARC in zero magnetic field and RITA-II at PSI in magnetic field have been performed to investigate elementary excitations in the S=1/2 antiferromagnetic spin chain system KCuGaF$$_{6}$$. The lower bound of magnetic excitations is well described by the des Cloizeaux and Pearson (dCP) mode and the spinon continuum above the dCP mode is observed.

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