パイロクロア型酸化物の単結晶を用いたスピンアイス状態の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12740192
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 松平 和之 九州工業大学, 工学部, 助手 (40312342)
• Keywords: パイロクロア / スピンアイス / 磁気緩和 / フラストレーション / 極低温 / 交流磁化率 / 中性子散乱

Research Abstract

今年度は以下の研究を行った。
1.Dyスピンアイスにおける奇妙な磁気緩和
スピンアイス物資のAC磁化率の詳細な測定により、Dyのスピンアイスに奇妙な振る揮いがあることを見いだした。2K以下の低温域ではスピンアイス状態への凍結による異常がみられるが、周波数が高くなると10〜20K付近にも異常が現れることがわかった。興味深いことにこの温度域でDC磁化は全く異常を示さず、この異常が動的な現象であることを示唆している。温度一定での交流磁化率の周波数依存性から得られるχ'-χ'曲線は、Davidson-Cole則により表されるグリセリンの誘電緩和に類似しており、磁性体では初めてのケースである。Davidson-Coleの表式による多分散解析から、緩和時間の分布関数には、非常に短い緩和時間にわたり分布が存在していることと長い緩和時間にはカットオフが存在しているという特徴がある。
2.スピンアイス物質Ho_2Sn_2O_7の中性子散乱実験
Ho_2Sn_2O_7の多結晶粉末試料による中性子散乱実験を行った。非弾性散乱の測定から磁気励起ついて調べ、低温では非常に強い1軸磁気異方性を持つ事を確認した。さらに弾性散乱の波数依存性について分子場近似による解析を行い、スピン間の結合は双極子相互作用が主要であることを明確に示し、実験結果を非常に良く再現できた。
3.パイロクロア型希土類酸化物R_2Sn_2O_7の極低温磁性
R_2Sn_2O_7の150mKまでの磁化測定により、いくつかの希上類化合物に磁気フラストレーションの重要性を示唆する結果が得られた。特に、Rr_2Sn_2O_7がスピンアイスと同様な交流磁化率の振る舞いを示すことがわかった。新しいスピンアイス物貰の発見と思われる。

Research Products

• [Publications] 松 平 和 之: "Novel dynamical magnetic properties in the spin ice Dy_2Ti_2O_7"Journal of Physics : Condensed Matter. Vol.13 No.31. L737-L746 (2001)
• [Publications] 門 脇 広 明: "Neutron scattering of the dipolar spin ice Ho_2Sn_2O_7 : A frustrated pyrochlore magnet"Physical Review B. (印刷中). (2002)
• [Publications] 松 平 和 之: "Low-Temperature Magnetic Properties of Pyrochlore Stannates"Journal of the Physical Society of Japan. Vol.71 No.6(印刷中). (2002)