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2016 Fiscal Year Research-status Report

マルチフェロイック物質の磁化プラトーに対する不純部効果

Research Project

Project/Area Number 16K05420
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

黒江 晴彦  上智大学, 理工学部, 准教授 (40296885)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Keywordsスピン・フラストレーション / 不純物効果 / マルチフェロイック物質 / 交叉相関 / 磁歪 / 磁気熱量効果 / 等エントロピー曲線
Outline of Annual Research Achievements

Zn 置換した Cu3Mo2O9 の,磁化プラトーが観測される温度・磁場領域での,磁気熱量効果を使って測定した等エントロピー曲線と,Cu3Mo2O9 のパルス磁場中での縦磁歪・横磁歪と,W 置換した Cu3Mo2O9 の磁気的性質を,日本物理学会や国際会議(HFM2016,台湾)で報告した。
磁気熱量効果を用いた等エントロピー曲線の測定は,広い磁場・温度領域で磁場-温度相図を描くのに優れる。熱容量の小さい薄膜温度計とパルス強磁場を組み合わせ,試料への熱流入を最小化した測定が可能となった。Cu3Mo2O9 の低磁場で,磁気・誘電測定から求めた相図と比較し,磁場誘起相転移による等エントロピー曲線の変化を確認した後に,Zn 置換した Cu3Mo2O9 での等エントロピー曲線を解析し,不純物効果を研究した。Cu3Mo2O9 では 2 K, 8 T で観測された磁化のジャンプを伴う磁場誘起誘電転移が,Zn 0.5% 置換試料では消失した。この試料では磁化プラトーが生じる磁場が低磁場側にシフトした。Zn 5.0% 置換試料では,等エントロピー曲線が劇的に変化した。特筆すべきは,磁場変化に伴う試料温度の変化が観測されない状態,すなわち無秩序状態が観測されたことである。試料に導入された乱れにより,秩序状態が抑制される事が期待される。
パルス磁場中での縦磁歪・横磁歪には,磁歪プラトーとも呼ぶべき状態が観測された。ゼロ磁場での格子定数を基準とした磁化プラトー領域での結晶歪は0.1%にも達した。これは,Cu3Mo2O9 の磁性が,格子系と強く結合している事を示唆している。この事は,外部磁場によるスピン配列の変化が,スピン・フラストレーション効果より優勢となる事で,結晶格子がそれに合わせて歪んだものと解釈できる。
また,Ni 置換試料の単結晶育成に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

磁気熱量効果の測定は順調である。今後は不純物置換量や不純物の種類をを系統的に変化させることが課題である。
磁歪プラトーと呼ぶべき磁歪が磁場に殆ど依存しなくなる領域を発見した事は大きな成果である。一方,磁化プラトーが観測された磁場での磁歪の大きさの定量評価には問題が残る。低磁場での精密測定を行う必要がある事が課題である。
ファラデー法を用いた飽和磁場までの磁化測定は,試料の準備が出来なかったため今年度は実施できなかった。連続固相反応法で育成した Cu3Mo2O9 単結晶試料には,直径十マイクロメートル程度の小さな穴が多数開いている。熱間等方圧加圧加工によりその穴を小さくし,数を減らしたのだが,今度は酸素が不純物として結晶に取り込まれることで磁気的性質が変わってしまうなど,課題を多く残した。

Strategy for Future Research Activity

磁歪の定量評価のために,低磁場で動作する磁歪測定系を準備し,Cu3Mo2O9 の磁歪を測定する。測定にはキャパシタンス法を用いる事を検討する。
系統的に不純物濃度を変化させた Ni 置換系の単結晶試料を準備し,磁化プラトー領域の磁気測定・誘電測定を行い,不純物効果を研究する。
現在動作していない熱間等方圧加圧炉を修理し,加工時の雰囲気ガスを調整して,結晶に空いた穴を除去しつつ,試料に不純物酸素が取り込まれない条件を探索する。振るべきパラメータは,処理温度・保持時間・降温スピードである。修理が困難な場合には,熱間等方圧加圧処理を外注する事を検討する。
国際会議3件(SCES2014, LT28)と,学会発表2件以上(日本物理学会)での発表を予定している.

Causes of Carryover

当初計画では,クローズド・サイクル・クライオスタット本体を購入する事を計画しました。然しながら,修理での対応のみで当初計画を凌ぐ性能のクライオスタットが入手可能となったために,次年度使用額が生じました。

Expenditure Plan for Carryover Budget

現在,低磁場での磁歪の精密測定を行う事が必要となっています。そこで,本年度に修理したクローズド・サイクル・クライオスタット内にいれるプローブの開発費用に充当いたします。具体的には,低温動作するピエゾ・アクチュエータを購入する事を計画しています。

  • Research Products

    (5 results)

All 2017 2016

All Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] Cu3(Mo,W)2O9の磁化測定22017

    • Author(s)
      江袋佑太,阿部太亮,小田涼佑,桑原英樹,黒江晴彦,長谷正司,岡邦彦,伊藤利充,永崎洋
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス(大阪市・大阪府)
    • Year and Date
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [Presentation] 四面体磁性鎖を持つ (Cu,Zn)3Mo2O9 の磁気熱量効果2016

    • Author(s)
      江袋佑太,黒江晴彦,長谷正司,小濱芳允, 金道浩一, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(金沢市・石川県)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] 四面体磁性鎖を持つ Cu3Mo2O9 の「磁歪プラトー」2016

    • Author(s)
      黒江晴彦,江袋佑太,長谷正司,河智史朗,徳永将史,岡邦彦C,伊藤利充,永崎洋
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(金沢市・石川県)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] Magnetocaloric Effects on Impurity-Doped Tetrahedral Spin-Chain Systems (Cu,Zn)3Mo2O92016

    • Author(s)
      Y. Ebukuro, H. Kuroe, M. Hase,Y. Kohama, K. Kindo, K. Oka, T. Ito, and H. Eisaki
    • Organizer
      International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2016
    • Place of Presentation
      GIS NTU Convention Center (台北・中華民国)
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of 'Magnetostriction Plateau' on Tetrahedral Spin-Chain System Cu3Mo2O92016

    • Author(s)
      H. Kuroe, Y. Ebukuro, M. Hase, S. Kawachi, M. Tokunaga, K. Oka, T. Ito, and H. Eisaki
    • Organizer
      International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2016
    • Place of Presentation
      GIS NTU Convention Center (台北・中華民国)
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-11
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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