2017 Fiscal Year Research-status Report
２次元ハニカム格子上のスピン系に現れる特異な磁気ダイナミクス
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15K05149
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
安井 幸夫 明治大学, 理工学部, 専任教授 (80345850)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菊地 淳 明治大学, 理工学部, 専任教授 (90297614)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ハニカム格子 / 磁化曲線 / 磁気構造 / 中性子回折 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Li3Ni2SbO6のNi2+スピンはTN=13.5Kで反強磁性転移を起こすが、TN以下での磁化曲線にはHc1=6TとHc2=16Tの2つの異常が観測されている。磁場配向試料を用いて磁化測定および7Li核のNMR（核磁気共鳴）により、磁化曲線に現れる異常の正体や磁気構造を調べた。磁化曲線を調べた結果、Hc1=6Tでの異常は、ハニカム面間方向と印加磁場が平行な場合では顕著に異常が出現するが、両者が垂直な場合では異常が現れないことがわかった。これはスピンの容易軸方向がハニカム面間方向にあり、スピンフロップ転移が起きていると考えることで理解できた。さらに7Li-NMRを行った結果もスピンフロップ転移が起きていると考えることで説明することが出来た。中性子回折実験では、h±ö k l (ö~1/6)の指数をもつ磁気反射を複数観測した。この結果は、磁気構造が6倍周期をもつことを意味しているが、シンプルなヘリカル構造やサイン波的構造では実験結果を説明できないておらず、解析中である。
Na3Co2SbO6およびNa2Co2TeO6について、T=1.4Kで最大52Tまでの超強磁場下で磁化曲線を測定し、磁場誘起で現れる磁気異常のメカニズムを調べた。両物質では、それぞれTN=7KおよびTN=26Kで反強磁性転移を起こし、TN以下では磁化曲線にそれぞれHc=1T付近およびHc=7T付近で異常が現れることも分かっている。今回、両物質系について超強磁場下で磁化曲線を測定した。その結果、両物質ともにそれぞれHc=1.3TおよびHc=8.2Tでメタ磁性転移が生じていると考えられる。ただし、23Na-NMRや磁場配向試料の測定結果は、磁気異方性は小さいことを示しており、メタ磁性を起こしているという上記の結果と単純には矛盾する。現在、様々な実験手段により得られたデータについて総合的に考察・解釈を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、(i) 磁性イオンNi2+およびCo2+スピンがハニカム格子を形成する磁性体A3M2SbO6, A2M2TeO6 (A=Li, Na, M=Co, Ni)の多結晶試料を合成し、(ii) 磁化率・比熱等の温度依存性や磁場依存性の測定を行うとともに、(iii) 超高磁場下の磁化測定・中性子回折実験・核磁気共鳴(NMR)実験による詳しい測定を行い、ハニカム格子の構造上の特徴に起因する特異な磁気構造や磁気ダイナミクスを調べてきた。
2017年度はLi3Ni2SbO6、Na3Co2SbO6、Na2Co2TeO6の物性研究を重点的に行った。これらの試料の多結晶試料を作成し、磁化率・比熱測定、磁場配向試料による磁化測定、粉末中性子回折実験、7Li核や23Na核のNMR等の各種の物性測定により、磁気構造や磁化曲線に現れる磁気異常の正体を調べてきた。Li3Ni2SbO6については、磁気構造が完全に決定できていないものの磁気異常の正体は、スピンフロップ転移であることがわかった。一方、Na3Co2SbO6、Na2Co2TeO6については、超強磁場下の磁化測定の結果が磁気異方性が大きいスピン系に現れるメタ磁性転移であることを示しているのに対し、23Na-NMRや磁場配向試料の測定は磁気異方性が小さいとの結果を示しており、総合的な解釈が出来ていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) Li3Ni2SbO6はハニカム格子として初めての長周期の磁気構造をもつ物質例であるので、その詳しい磁気構造を決定する。ハニカム格子をもつスピン系に対して様々な理論的研究がなされており、最近接交換相互作用J1だけでなく、次近接交換相互作用J2, 第3近接交換相互作用J3を加えると、J1, J2, J3の特定なパラメータ領域によっては、長周期の磁気構造を持ち得ることが理論的に提案されているので、理論的な提案を踏まえた上で磁気構造の解析を進める。
(2) Na3Co2SbO6、Na2Co2TeO6について粉末中性子回折実験はすでに行っているので、磁気構造の解析を進める。また、両物質系の磁化曲線にそれぞれHc=1.3TおよびHc=8.2Tで現れた磁気異常のメカニズムを、メタ磁性転移と解釈しても良いか、磁気構造解析の結果や様々な実験手段により得られたデータを総合的に考え合わせて、このスピン系の物理を理解する。
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| Causes of Carryover |
海外施設を使用した中性子回折実験を予定していたが、ビームタイムが年度末ギリギリになってしまったために、その旅費の処理が当該年度には間に合わなかった。また、試料合成のために試薬・ルツボ等の消耗品代を多めに計上していたが、予想より消耗品代を使用せずに純良な多結晶試料を合成することが出来た。
当該年度の年度末に使用した海外旅費は、次年度分として処理される予定である。予定していた消耗品代の一部は、得られた研究成果を発信するとともに内外の研究者と議論して研究をより発展させるために、国内外の学会・国際会議へ出席するための旅費に充てる予定である。
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[Presentation] Magnetic Properties of RCrTiO5 (R=Rare Earth Elements)2017
Author(s)
Yukio Yasui, Takuma Miyamoto, Shunsuke Kori, Ichiro Terasaki, Daichi Yoshizawa, Mitsuru Akaki, Masayuki Hagiwara, Takeshi Matsukawa, Yukihiko Yoshida, Akinori Hoshikawa, Toru Ishigaki, and Naoki Igawa
Organizer
SCES2017
Int'l Joint Research
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