2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K05150
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
長谷 正司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 量子ビームユニット, 主席研究員 (40281654)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 反強磁性交替鎖 / 量子相転移 / 混晶 / スピンギャップ / 中性子非弾性散乱 / 磁化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、スピン3/2反強磁性交替鎖物質RCrGeO5（RはYまたは希土類元素）の混晶を作製し、2つの交換相互作用の比（交替比）を系統的に変えることで、ボンド交替が強いダイマー状態（SD状態）と、ボンド交替が弱いダイマー状態（WD状態）という2つの異なる非磁性基底状態間の量子相転移が起こることを実験的に検証することである。SD状態とWD状態ともに、第1励起状態との間に有限のエネルギー差（スピンギャップ）が有る。
R=Y, Smの場合、基底状態はSD状態であることは分かっている。平成27年度の目標は、基底状態がWD状態である物質を選定することである。
空気中での固相反応法を用いて、7種類のRCrGeO5 (R = Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er)の粉末試料を作製した。完全に単相である試料が得られなかった物質はあるが、全ての物質で、物性測定が可能な試料が得られた。東京大学物性研究所の共同利用施設において、58 Tまでの磁場中で、4.2Kで磁化曲線を測定した。スピンギャップが閉じることを示す磁化の急激な立ち上がりは観測されなかった。SQUID磁束計を用いて、0.01Tの磁場中での磁化の温度依存性を測定した。HoCrGeO5と166ErCrGeO5の中性子非弾性散乱測定を行った。
今後、磁化の温度依存性と中性子非弾性散乱の結果の解析を行い、スピンギャップの値と2つの交換相互作用の値を評価する。そして、それぞれの物質の基底状態がSD状態かWD状態かを考察する。
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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
平成27年度は、(27-1)粉末試料作製と磁化測定、(27-2)中性子非弾性散乱測定用の粉末試料作製を行う予定であった。
(27-1)の実験は予定通りに行った。現在、解析を進めているところである。
(27-2)に関しては、予定より進んで、HoCrGeO5と166ErCrGeO5の中性子非弾性散乱測定を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、以下のこと行う予定である。(28-1)中性子非弾性散乱測定、実験と理論の結果の比較。(28-2)混晶の粉末試料作製と磁化測定。
(28-1)について。HoCrGeO5と166ErCrGeO5の中性子非弾性散乱測定は既に行っている。磁化の温度依存性の結果も考慮し、スピンギャップの値と2つの交換相互作用の値を評価する。そして、それぞれの物質の基底状態がSD状態かWD状態かを考察する。他の5種類のRCrGeO5については、磁化の温度依存性は測定済みである。スピンギャップの値と2つの交換相互作用の値を評価する。WD状態の可能性のある物質が見つかれば、中性子非弾性散乱測定を行う。
(28-2)について。WD状態を持つ物質群とSD状態を持つ物質群それぞれから、適切な物質を選択し、それらの混晶を作る。交替比を系統的に変化させられると考えている。磁化曲線を測定し、ギャプレスになる物質が存在するかどうかを調べる。SD状態（もしくはWD状態）を持つ2つの物質の混晶も作製し、磁化曲線を測定して、ギャプレスになる物質が存在するかどうかも調べる。混晶においては、2種類のRはランダムに入るので、乱れの効果も磁性に影響を与えるかも知れない。異なる状態を持つ物質の混晶でギャプレス現象が現れ、同じ状態を持つ物質の混晶でギャプレス現象が現れなければ、ギャプレス現象が乱れの効果に起因するものでなく、量子臨界現象であることになると考えている。よって、交替比を変化させることで量子相転移が起こることを実験的に示すことができる。
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| Causes of Carryover |
平成27年度に同位体166ErのEr2O3を2.5g（見積額1,215千円）購入し、手持ちの2.3gの166 Er2O3と合わせて、中性子非弾性散乱測定用の166ErCrGeO5を作製する予定であった。その後、2.3gの166 Er2O3で作る166ErCrGeO5で実験が可能なこと（充分な強度が出ること）が分かったので、166 Er2O3を購入しなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金を使って中性子非弾性散乱測定用の試料作製に使う158GdのGd2O3を1g購入する予定である。
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