Numerical calculation on low-energy magnetic excitations in low-dimensional antiferromagnetic systems with multi-sublattices

Abstract

Mekata and his coworkers investigated magnetic properties of Cu9Cl2(cpa)6xH2O, which was shown to be the triangulated Kagome lattice with spin = 1/2 of Cu(2+) ions. In the present study, a model is described for the case of J(sub AF) greater than 0. The nine-sublattice structure was adopted, which has been proposed on the basis of experimental work. In detail, the spin structure on pasted small triangles is so called 120 degree Neel configuration: the spin for sites of original Kagome lattice has the direction which makes the angle of 60 degree to any spin of the pasted small triangles. The unit cell for this nine-sublattice state is the rhombus with lengths 4a, in which a is the length of sides for the pasted triangle. The spin waves for this system was studied by the present authors. In this report, Monte Carlo simulation for this system was made in order to discuss spin dynamics. Classical rotator model is adopted for spins. Each spin can change its angle for the unit of pi/6. The averaged energy, specific heat, and susceptibility can be obtained from the partition function. Though the detailed analysis of magnetic properties of these compounds on the basis of Monte Carlo simulation is now proceeding, the critical temperature where the some type of magnetic ordering appears can be expected to be quite low.

Mekataおよび共同研究者達はCu9Cl2(cpa)6xH2Oの磁性を研究し、この化合物はスピンが1/2のCu(2+)イオンが関与する3角型かごめ格子であることが分かった。本研究においてJ(sub AF)>0の場合におけるモデルを示す。実験結果に基づいて提案した9個の副格子構造を考える。貼りつけられた小さな3角形上のスピン構造はいわゆる120度ネール配置を持つ。元々のかごめ格子点上のスピンは貼りつけられた小さな3角形の任意のスピンと60度の角度を形成している。9個の副格子状態に対する単位胞は、貼り付けた3角形の1辺をaとしたとき、長さが4aの菱形である。この系に対するスピン波の研究を行った。スピン・ダイナミクスを議論するためにモンテカルロ・シミュレーションを行った。スピンに対して古典的な回転子モデルを採用した。各スピンは角度をπ/6づつ変えられるものとする。この系に関する分配関数を用いて平均エネルギー、比熱および磁化率を計算した。これらの化合物に対する磁性をモンテカルロ・シミュレーションによって詳しく研究中であるが、ある種の磁気秩序が発生する臨界温度はかなり低温であることが期待される。