立方晶Ce_3SnCの悪魔の階段(多段メタ磁性転移)の起源

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12740201
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 小坂 昌史 埼玉大学, 理学部, 助手 (20302507)
• Keywords: 多段メタ磁性転移 / 磁気構造 / 結晶電場効果 / 強相関希土類金属間化合物 / 圧力効果

Research Abstract

申請者が発見した希土類金属間化合物Ce_3SnCは多段メタ磁性転移、俗にいう悪魔の階段と呼ばれる、磁化過程が階段状の振る舞いを示す物質である。本研究では、この多段メタ磁性転移の起源を探るために、圧力、磁場下での電気抵抗、比熱測定を行い、圧力相図、磁気相図を作成し、また中性子回折、中性子非弾性散乱の実験を行い磁気構造、結晶場分裂準位の決定を行うことを目的としている。
Ce_3SnCは立方晶CaTiO_3-typeのアンチペロブスカイト型の単純な結晶構造を持ち、Ce原子は立方晶の面心に位置している。これまで、テトラアーク炉を用いたチョクラルスキー引き上げ法により、単結晶の育成に成功している。
本年度は、中性子回折実験による磁気構造の決定、中性子非弾性散乱実験による結晶場分裂の観測を行った。その結果、磁気構造はCe原子は同一サイトを占めているにも関わらず、フルモーメントに近2μ_Bを有しているCeとほとんど磁気モーメントがゼロのCeの2種類が存在することが明らかとなった。これは、非常に特異なことであるが、この物質の結晶構造を考察すると説明が可能である。Ce_3SnCは立方晶の結晶構造を持つが、Ce原子は正方対称のサイトに位置し、正方対称の結晶場を受けていると考えられろ。つまり、結晶電場の主軸が各々のCe原子によって違うことにより、磁化容易面に位置するCeは磁気モーメントを持ち、磁化困難軸に位置するCeは磁気モーメントを発生することができないと推測される。
そこで、実際にCe原子が正方対称の結晶場を受けているのかを調べるために、中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、基底状態から170K,410Kのエネルギー位置に結晶場分裂からくる、磁気散乱を観測することができた。これにより、Ceは正方対称の結晶電場を受けていることが明らかとなった。以上のことより、Ce_3SnCが示す多段メタ磁性転移は、上記ような複雑な磁気構造の反映であると考えられる。
また、圧力下での電気抵抗測定を行い圧力相図を決定した。圧力の増加に伴い反強磁性転移点が急激に上昇することが明らかとなった。比熱測定による磁気相図の作成、および圧力下、磁場下による電気抵抗測定による圧力-磁気相図の作成は現在進行中である。上記実験には良質の単結晶が必須であり、併せて単結晶の純良化を行っている。

Research Products

• [Publications] Masashi Kosaka: "Effect of pressure on the electrical resistivity of Ce_3SnC single crystal"Physica B. 284-288. 1323-4 (2000)
• [Publications] Masashi Kosaka: "Magnetic properties of Ce_3TX compounds (T=Al, In, Sn and Pb : X=C and B)"Physica B. 281-282. 114-5 (2000)
• [Publications] Yoshiya Uwatoko: "Uniaxial Pressure Apparatus for Magnetization Measurements"Science and Technology of High Pressure . 2. 1113-5 (2000)