Temperature Dependence of Spin Excitations in the Frustrated Spin Chain System CuGeO
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概要
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We studied the temperature dependence of the spin excitation spectrum in the frustrated spin chain system CuGeO<inf>3</inf>by a time-of-flight neutron scattering measurement. The intensity hump along the upper boundary (UB) of the continuum excitation, which is a robust feature for significant competition between next-nearest-neighbor (NNN) and nearest-neighbor (NN) exchange interactions, was shown to degrade upon warming. The hump disappears above {\sim}90 K, whereas the outline of the two-spinon continuum excitation remains even at 180 K. The decrease in intensity at the UB, the energy of which is {>}k_{\text{B}}T (where k_{\text{B}} and T are the Boltzmann constant and the temperature, respectively) for T<90 K, suggests that the contribution of NNN interaction to form the thermodynamic equilibrium state becomes negligible as a result of the thermal perturbation. The intensity of the lowest excited mode at the magnetic zone center weakens concomitantly with that at the UB. This intensity reduction, with remaining sizable energy-integrated intensity at the zone boundary, leads a change of the static structure factor from a single Lorentzian shape to a two-peaked structure in the temperature range between 50 and 75 K. These results can be explained through the degradation of the spin dimer by thermal disturbance with remaining large NNN couplings at high temperature.
- 2013-08-15
著者
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Fujita Masaki
Institute For Material Research Tohoku University
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Bennington Steve
Isis Facility Rutherford Appleton Laboratory
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Mizuno Fumio
Department Of Electrical Engineering The National Defense Academy
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Kajimoto Ryoichi
Materials and Life Science Division, J-PARC Center, JAEA, Tokai, Ibaraki 319-1195, Japan
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Inamura Yasuhiro
Materials and Life Science Division, J-PARC Center, JAEA, Tokai, Ibaraki 319-1195, Japan
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Nakamura Mitsutaka
Materials and Life Science Division, J-PARC Center, JAEA, Tokai, Ibaraki 319-1195, Japan
-
Arai Masatoshi
Materials and Life Science Division, J-PARC Center, JAEA, Tokai, Ibaraki 319-1195, Japan
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Mizuno Fumio
Department of Physics, Tohoku University, Sendai 980-8578, Japan
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Bennington Steve
ISIS Facility, Rutherford Appleton Laboratory, Chilton, Didcot, Oxfordshire OX11 0QX, U.K.
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Arai Masatoshi
Materials and Life Science Division, J-PARC Center, Japan Atomic Energy Agency, Tokai, Ibaraki 319-1195, Japan
-
Frost Christpher
ISIS Facility, Rutherford Appleton Laboratory, Chilton, Didcot, Oxfordshire OX11 0QX, U.K.
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Ikeuchi Kazuhiko
Research Center for Neutron Science and Technology, Comprehensive Research Organization for Science and Society, Tokai, Ibaraki 319-1106, Japan
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Fujita Masaki
Institute for Materials Research, Tohoku University, Katahira, Sendai 985-8577, Japan
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Inamura Yasuhiro
Materials and Life Science Division, J-PARC Center, Japan Atomic Energy Agency, Tokai, Ibaraki 319-1195, Japan
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