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論文

Magnetic properties of one-dimensional quantum spin system Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$ studied by muon spin relaxation

河村 聖子; 富安 啓輔*; 幸田 章宏*; Sari, D. P.*; Asih, R.*; Yoon, S.*; 渡邊 功雄*; 中島 健次

JPS Conference Proceedings (Internet), 21, p.011007_1 - 011007_5, 2018/03

Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$は、スピンフラストレートしたS=1/2ジグザグ鎖をもつ量子スピン系である。この系の磁気基底状態は、非整合なスピン1重項であることが、理論研究から予想されている。また最近では、磁場中でこの系が強誘電性を示すことも報告されている。我々は、この系の磁気的性質を調べるため、ミュオンスピン緩和法を用いた実験を行った。測定した温度領域0.06K$$sim$$250Kにわたり、核双極子場による遅いミュオンスピン緩和が観測された。この結果は、この系の基底状態が非磁性であることを明確に示している。さらに、内部磁場の分布が、10K以下でわずかに増加していることがわかった。この温度変化は、磁場中の電気分極の振る舞いに似ていることから、局所的な磁気状態の変化あるいは分極が、零磁場中でも生じている可能性を示唆している。

論文

Interaction of spin-orbital-lattice degrees of freedom; Vibronic state of the corner-sharing-tetrahedral frustrated spin system HoBaFe$$_{4}$$O$$_{7}$$ by dynamical Jahn-Teller effect

蒲沢 和也*; 石角 元志*; 河村 聖子; 川北 至信; 加倉井 和久*; 中島 健次; 佐藤 正俊*

Physical Review B, 95(10), p.104413_1 - 104413_7, 2017/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.33(Materials Science, Multidisciplinary)

A powder inelastic neutron-scattering study of HoBaFe$$_{4}$$O$$_{7}$$ (HBFO) revealed characteristic magnetic excitations associated with geometrical spin frustration. Dispersionless excitations in energy ($$omega$$) and wave-vector ($$Q$$) space are observed at several discrete energies. Some of them can be attributed to crystal-field excitations of Ho$$^{3+}$$ in octahedral symmetry, but the others are explained instead by the vibronic state of the Fe$$^{2+}$$ dynamical Jahn-Teller effect with orbit-spin coupling, indicating interaction among the spin, the orbital, and the lattice degree of freedom. The antiferromagnetic HBFO lattice has cubic symmetry, and both Fe$$^{2+}$$ and Fe$$^{3+}$$ reside on corner-sharing tetrahedra with a number ratio of 3:1. Even though Fe$$^{2+}$$ is a Jahn-Teller active ion in tetrahedral symmetry, the system does not exhibit any static lattice distortion to the lowest temperature studied (4 K). The observed excitations can be understood by considering the dynamical interaction among spin-orbital-lattice degrees of freedom, indicating that spin fluctuation due to the frustration effect induces the dynamical Jahn-Teller effect, although in most cases a Jahn-Teller active ion Fe$$^{2+}$$ takes the static Jahn-Teller effect in a magnetic oxide system.

論文

Ground-state phase diagram of an anisotropic S=1/2 ladder with alternating rung interactions

利根川 孝*; 岡本 清美*; 引原 俊哉*; 坂井 徹

Journal of Physics; Conference Series, 683(1), p.012039_1 - 012039_7, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.05

主として数値的解析法を用いて、空間的に一様で等方的な鎖方向相互作用と、交代してイジング異方性のある桁方向相互作用を持つ、異方的なS=1/2スピンラダーの基底状態相図について研究し、いくつかの典型的な場合の基底状態相図を決定した。

論文

Effect of monomer-monomer interactions on the phase diagrams of the S=1/2 distorted diamond type quantum spin chain

岡本 清美*; 利根川 孝*; 坂井 徹

Journal of Physics; Conference Series, 683(1), p.012038_1 - 012038_6, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.05

主として数値対角化とレベルスペクトロスコピー法を用いて、モノマー間相互作用と強磁性相互作用のあるS=1/2ダイアモンド・タイプのスピン鎖の基底状態相図について研究した。その結果、強磁性相互作用が強い場合には3分の1磁化プラトーが消失するこが判明した。

論文

Magnetization process of the spin-S kagome-lattice Heisenberg antiferromagnet

中野 博生*; 坂井 徹

Journal of the Physical Society of Japan, 84(6), p.063705_1 - 063705_5, 2015/06

 被引用回数:17 パーセンタイル:15.72(Physics, Multidisciplinary)

カゴメ格子上のスピンSハイゼンベルグ反強磁性体の磁化過程について数値対角化により研究した。S=1, 3/2, 2, 5/2の有限サイズクラスターの数値対角化による結果は、Sによらず3分の1磁化プラトーが現れることを示している。また、磁化プラトーの臨界磁場とプラトー幅のS依存性について解析し、最近の摂動論の結果と比較した。

論文

Neutron scattering investigation on quantum spin system SrCu$$_{2}$$(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$

加倉井 和久; 温井 克行*; 阿曽 尚文*; 西 正和*; 門脇 広明*; 陰山 洋*; 上田 寛*; Regnault, L.-P.*; C$'e$pas, O.*

Progress of Theoretical Physics Supplement, (159), p.22 - 32, 2005/10

二次元S=1/2Shastry-Sutherland系SrCu$$_{2}$$(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$の熱中性子及び冷中性子散乱実験のレビュー。中性子散乱による3meVのギャップを持つ第一励起、4から7meVのエネルギー領域で2トリプレット束縛励起状態、13meVまでの高次束縛励起状態の観測により、直交ダイマー系特有な励起状態を明らかにした。

論文

High energy-resolution inelastic neutron scattering experiments on triplet bound state excitations in SrCu$$_{2}$$(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$

阿曽 尚文*; 陰山 洋*; 温井 克行*; 西 正和*; 門脇 広明*; 上田 寛*; 加倉井 和久

Journal of the Physical Society of Japan, 74(8), p.2189 - 2192, 2005/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:55.3(Physics, Multidisciplinary)

二次元S=1/2Shastry-Sutherland系SrCu$$_{2}$$(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$において4から7meVのエネルギー遷移領域でトリプレット束縛励起の波数依存性を高エネルギー分解能冷中性子非弾性散乱実験で初めて観測した。この直交ダイマー系ではこのエネルギー領域に分散のない2トリプレット束縛励起状態が数多く存在することが明らかになった。

論文

Frustrating interactions and broadened magnetic excitations in the edge-sharing CuO$$_{2}$$ chains in La$$_{5}$$Ca$$_{9}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$

松田 雅昌; 加倉井 和久; Lorenzo, J. E.*; Regnault, L. P.*; Hiess, A.*; 白根 元*

Physical Review B, 68(6), p.060406_1 - 060406_4, 2003/08

 被引用回数:16 パーセンタイル:33.64(Materials Science, Multidisciplinary)

量子磁性体La$$_{5}$$Ca$$_{9}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$の中性子非弾性散乱実験を行った。この物質はCuO$$_{2}$$スピン鎖を有し、低温で反強磁性秩序(鎖内は強磁性的)を示す。結晶構造と磁気構造からは、相互作用は単純であると予想されるが、磁気励起の実験結果、まず一軸性の磁気異方性が大きいことがわかった。また、CuO$$_{2}$$スピン鎖の鎖内,鎖間ともに相互作用は弱く(10K以下)、特に鎖内では相互作用が反強磁性的であり、さらに鎖内と鎖間の相互作用にはフラストレーションが働いていることがわかった。磁気励起の特徴として線幅が大きく広がっていることが挙げられるが、この原因としてフラストレーションと少量のホールによる無秩序化の効果が考えられる。このように、CuO$$_{2}$$スピン鎖は磁気異方性とフラストレーションに由来した興味深い磁気的性質を示すことがわかった。

論文

Polarized neutron scattering study of the CuO$$_{2}$$ chains in Ca$$_{2}$$Y$$_{2}$$Cu$$_{5}$$O$$_{10}$$

松田 雅昌; 中村 充孝; 武田 全康*; 加倉井 和久; 山口 博隆*; 伊藤 利充*; 岡 邦彦*

Physica B; Condensed Matter, 329-333(1-4), p.711 - 712, 2003/05

 パーセンタイル:100

Ca$$_{2}$$Y$$_{2}$$Cu$$_{5}$$O$$_{10}$$は辺共有CuO$$_{2}$$鎖を有する物質であり、低温において反強磁性相転移を示す。磁気構造は鎖内で強磁性的,鎖間で反強磁性的である。これまでの非偏極中性子回折実験による強度解析からは、磁気モーメントが単純にCu位置に局在してCuO$$_{2}$$面に垂直方向(b面)を向いているのではく、O位置にもモーメントが存在することが示唆されていた。しかし、モーメントの方向が決まらないと磁気構造を確定することは困難であった。今回、偏極中性子回折実験を行い、この化合物の磁気構造を詳細に調べ、磁気モーメントの方向がb軸であることを決定した。その結果、モーメントがO位置に拡がった存在することが明らかになった。これは、強磁性CuO$$_{2}$$鎖におけるCuとOの強い電子軌道混成によるものである。

論文

Polarization dependence of spin excitations in BaCu$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$

Zheludev, A.*; Raymond, S.*; Regnault, L.-P.*; Essler, F. H. L.*; 加倉井 和久; 増田 隆嗣*; 内野倉 國光*

Physical Review B, 67(13), p.134406_1 - 134406_10, 2003/04

 被引用回数:16 パーセンタイル:35.26(Materials Science, Multidisciplinary)

典型的なS=1/2ハイゼンベルグ擬一次元系BaCu$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$における磁気励起の偏極依存性を波数とエネルギーの関数として測定した。その横揺らぎの成分は平均場の近似の理論結果と良い一致を示すが、縦揺らぎの成分に関しては平均場の近似では実験結果を説明できないことが明らかになった。その理由は平均場の近似では考慮されていない高次の相関効果のためと推測される。

論文

Detailed magnetic structure of the coupled edge-sharing CuO$$_{2}$$ chains in Ca$$_{2+x}$$Y$$_{2-x}$$Cu$$_{5}$$O$$_{10}$$

松田 雅昌; 加倉井 和久; 山口 博隆*; 伊藤 利充*; Lee, C.-H.*; 岡 邦彦*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S637 - S639, 2002/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.3(Materials Science, Multidisciplinary)

Ca$$_{2+x}$$Y$$_{2-x}$$Cu$$_{5}$$O$$_{10}$$は辺共有CuO$$_{2}$$鎖を有する物質であり、低温において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。Ca$$_{2}$$Y$$_{2}$$Cu$$_{5}$$O$$_{10}$$において詳細な中性子非弾性散乱実験を行ったところ、鎖方向には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の増加が見られるという古典スピン波理論では説明不可能な新しい現象を見いだした。またこの化合物のスピン構造を詳細に調べたところ、強磁性CuO$$_{2}$$鎖におけるCuとOの強い電子軌道混成により、Cuスピンの非局在化(Cu位置のみに局在せずに3割程度はO位置に拡がって存在)が見られることを示した。

論文

Dominance of the excitation continuum in the longitudinal spectrum of weakly coupled heisenberg S=1/2 chains

Zheludev, A.*; 加倉井 和久; 増田 隆嗣*; 内野倉 國光*; 中島 健次*

Physical Review Letters, 89(19), p.197205_1 - 197205_4, 2002/11

 被引用回数:17 パーセンタイル:31.25(Physics, Multidisciplinary)

典型的なS=1/2ハイゼンベルグ鎖系BaCu$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$における磁気励起の縦及び横揺らぎの成分を磁場を利用した「偏極解析」で実験的に明らかにした。その結果このような弱く結合したS=1/2ハイゼンベルグ鎖においては分子場近似計算により提唱される鋭い縦揺らぎのモードではなく、連続励起状態が縦成分スペクトルを支配することを指摘した。

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。

論文

Dzyaloshinski-Moriya interaction in the 2D spin gas system SrCu$$_{2}$$(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$

C$'e$pas, O.*; 加倉井 和久; Regnault, L. P.*; Ziman, T.*; Boucher, J. P.*; 阿曽 尚文*; 西 正和*; 陰山 洋*; 上田 寛*

Physical Review Letters, 87(16), p.167205_1 - 167205_4, 2001/10

 被引用回数:94 パーセンタイル:7.23(Physics, Multidisciplinary)

Dzyaloshinski-Moriya(DM)相互作用が直交ダイマー系SrCu$$_{2}$$(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$の磁気的フラストレーションを一部解消することを明らかにした。ESRや中性子非弾性散乱で観察された第一トリプレット励起状態の微細構造及び異常な磁場依存性がこの静的DM相互作用で説明できることを示し、第一トリプレット励起の分散の主なる原因であることを主張した。またESR遷移の強度を説明するためにスピン-フォノン相互作用による動的DM相互作用の可能性も指摘した。

口頭

Singlet-triplet transitions of ESR in gapped spin systems

坂井 徹; 肘井 敬吾*; 大久保 晋*; 太田 仁*

no journal, , 

低次元量子スピン系や強相関電子系のスピンギャップは巨視的な量子現象として注目されている。このスピンギャップはシングレットの基底状態とトリプレットの励起状態の間のギャップであるため、これに対応するESR直接遷移は、スピン野保則を破るため観測されない。ところが、いくつかの物質でスピンギャップに相当するESR直接遷移が観測された。この禁制遷移が観測されるメカニズムとして、交代gテンソルやジャロシンスキー守谷相互作用が提唱されている。そこで、これらのメカニズムのうちのどれが効いているのかを実験的に検証するため、各メカニズムについて、外部磁場と入射マイクロ波の磁場成分、及び結晶軸との相対的な角度に依存するESR選択則を理論的に求めたので、これを報告する。

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.

口頭

S=1/2三本鎖スピンチューブの量子相転移

坂井 徹; 笠原 稔弘*; 中野 博生*; 肘井 敬吾*; 奥西 巧一*; 岡本 清美*

no journal, , 

S=1/2三本鎖スピンチューブにおける桁方向の交換相互作用、鎖方向の交換相互作用、リング交換相互作用の大きさを変化させた場合の量子相転移について、数値対角化と有限サイズスケーリングで理論的に調べた結果を報告する。

口頭

S=1/2三量体量子スピン鎖における動的感受率の数値的研究

肘井 敬吾*; 坂井 徹; 宮下 精二*; 太田 仁*

no journal, , 

一次元S=1/2三量体量子スピン鎖における動的感受率の数値的な研究を行った。以前に網代らによって高周波ESRにおいて観測された単一S=3/2量子スピン鎖とは異なる複合スピンS=3/2鎖を特徴づけると考えられる結果を理論的に解明すべく数値計算を行い、動的感受率の磁場の強さ依存性や温度依存性等を議論する。

口頭

$$mu$$SR法を用いた量子スピン系Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$の磁性研究

河村 聖子; 富安 啓輔*; 幸田 章宏*; Sari P., D.*; Asih, R.*; Yoon, S. W.*; 渡邊 功雄*; 中島 健次

no journal, , 

Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$は、Cuのスピン1/2による1次元ジグザグ鎖を持つ量子スピン系で、強磁性的な最近接相互作用$$J_1$$と反強磁性的な次近接相互作用$$J_2$$の比$$J_2 / J_1$$から、この系の磁気基底状態は非整合なスピン1重項であることが予想されている。しかしながら、非磁性基底状態の直接的証拠を示す報告は未だなされていない。我々は、この系の磁気基底状態とダイナミクスを明らかにするため、J-PARC物質・科学生命実験施設のミュオンビームラインD1および理化学研究所-RALミュオン施設(英国)において$$mu$$SR測定を行った。零磁場下の時間スペクトルは、室温から20K付近までは温度依存性を示さないが、20Kから1.5Kの間でミュオンスピン緩和のわずかなエンハンスメントが観測された。さらに1.5Kから50mKまでは再び温度変化を示さないことが明らかになった。この結果から、Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$の基底状態は非磁性であることが実証された。また、縦磁場下の時間スペクトルの解析から、スピン1重項形成に伴う内部磁場およびそのダイナミクスの変化をとらえることにも成功した。

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