Experimental study on the magnetic field-driven quantum phase transition in triangular lattice antiferromagnets with easy-plane anisotropy

易平面各向异性三角晶格反铁磁体磁场驱动量子相变实验研究

基本信息

批准号：
20J22215
负责人：
児島佑樹
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency (2022)Tokyo Institute of Technology (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

スピン1/2三角格子反強磁性体(S=1/2 QTLAF)は量子スピン系の中でもシンプルなモデルとして数十年に渡って研究されてきた。S=1/2 QTLAFの候補物質としてBa3CoSb2O9やBa2CoTeO6などの化合物があり、実験的にも多くの示唆が得られている。これらの物質の磁気励起には線形スピン波理論とは異なる振る舞いが確認されており、理論的に解明する試みが近年盛んである。本研究では、S=1/2 QTLAFの磁気励起に特徴的な振る舞いである構造的な連続励起に注目し、Ba3CoSb2O9の非弾性中性子散乱実験から解明を試みた。我々はBa3CoSb2O9の磁気励起の温度依存性をJ-PARC MLFのAMATERASを用いて測定した。Ba3CoSb2O9において構造的な連続励起は2.5-6 meVの高エネルギー領域で現れる励起である。長距離秩序の存在しない転移温度以上では単一マグノン励起の分散関係が消失することが確認できる。しかし、構造的な磁気励起は長距離秩序の存在しない転移温度以上においても観測され、その構造はほとんど保持されていることが確認された。このことは、先行研究で確認された構造的な連続励起について、その解釈に長距離秩序状態の前提を必要としないことを示唆する結果である。我々はこれらの結果から構造的な連続励起が短距離相関に由来した励起であると結論づけた。今後の展望として、S=1/2 QTLAFの磁気励起における構造的な連続励起の起源について、線形スピン波理論をはじめとした長距離秩序状態を前提とした理論ではなく、短距離相関に着目した理論による解明が期待される。

自旋 1/2 三角晶格反铁磁体 (S=1/2 QTLAF) 作为量子自旋系统中的简单模型已被研究了数十年。有Ba3CoSb2O9和Ba2CoTeO6等化合物作为S=1/2 QTLAF的候选物质，并通过实验获得了许多建议。已经证实这些材料的磁激发行为与线性自旋波理论不同，并且近年来有许多尝试从理论上阐明这一点。在本研究中，我们关注结构连续激发，这是 S=1/2 QTLAF 中磁激发的特征行为，并尝试使用 Ba3CoSb2O9 的非弹性中子散射实验来阐明它。我们使用 J-PARC MLF 的 AMATERAS 测量了 Ba3CoSb2O9 磁激发的温度依赖性。 Ba3CoSb2O9 中的结构连续激发是出现在 2.5-6 meV 高能区的激发。可以证实，单磁振子激发的色散关系在转变温度以上消失，此时不存在长程有序。然而，即使在不存在长程有序的转变温度以上也观察到结构磁激发，证实大部分结构得以保留。这一结果表明，长程有序态的假设对于解释先前研究中所证实的结构连续激发是不必要的。从这些结果中，我们得出结论，结构连续激励源于短程相关性。作为未来的视角，我们将通过关注短程相关性来关注S=1/2 QTLAF磁激发中结构连续激发的起源，而不是基于长程有序态的理论，例如线性自旋波理论希望通过理论能够澄清这一点。