2017 Fiscal Year Research-status Report
Study of bond randomness effects on molecular-spin state in pyrochlore lattice magnets
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17K05520
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
渡辺 忠孝 日本大学, 理工学部, 教授 (70409051)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | フラストレーション / パイロクロア格子磁性体 / ボンドランダムネス効果 / 超音波 / 弾性異常 / パイロクロア型コバルト弗化物 / スピネル型バナジウム酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、パイロクロア格子構造をもつフラストレート磁性体を研究対象として、主として超音波音速測定により、フラストレート磁性へのボンドランダムネス効果を研究するものである。平成29年度の主な研究実績を以下に記す。
パイロクロア型コバルト弗化物NaCaCo2F7について、単結晶を用いた超音波音速測定を行った。NaCaCo2F7は、NaとCaが同一サイトをランダムに占有した結晶構造を有するため、磁性を担うCoパイロクロア格子にボンドランダムネスが生じていると考えられる。この物質は、ワイス温度（約-140 K）よりもはるかに低温の約2.5K以下でスピングラス挙動を示すことから、強いフラストレーションを有するボンドランダム磁性体であると考えられている。本研究でNaCaCo2F7の音速の温度依存性を測定したところ、全ての弾性モードにおいて磁気励起に由来する弾性異常が観測された。さらに、これらの弾性異常は弾性モードによって異なる磁場応答を示すことも明らかになった。本研究の結果は、NaCaCo2F7において複数種の異なるタイプの磁気励起が共存していることを示唆するものである。
スピネル型バナジウム酸化物CoV2O4に不定比性（ボンドランダムネス）を導入したCo1.21V1.79O4について、単結晶を用いた超音波音速測定を行った。CoV2O4は、パイロクロア格子を形成するVサイトが軌道自由度を有し、約150 Kでフェリ磁性転移を示すが、バナジウムスピネルAV2O4の中では最も電子の遍歴性が強い物質であると考えられている。本研究でCo1.21V1.79O4の音速の温度依存性を測定したところ、フェリ磁性相において、電子の遍歴性に由来した軌道グラス挙動の発現を示唆する弾性異常が観測された。また本研究より、CoV2O4の軌道グラス挙動は、不定比性の導入により抑制されることが示唆された。
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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29年度は、当初計画の項目のうち、パイロクロア弗化物NaCaFe2F7とNaCa(Co,Fe)2F7の単結晶作製、およびNaCaFe2F7の超音波測定は行わなかった。これは、「５．研究実績の概要」に記した研究、具体的にはパイロクロア弗化物NaCaCo2F7の超音波測定において、当初期待していた以上の進展がみられ、より多くの時間と労力を要したことが理由である。また、平成29年度は、当初計画の項目のうち、スピネル酸化物Zn(Cr,Fe)2O4の超音波測定は行わなかった。これは、「５．研究実績の概要」に記した当初計画にはなかった研究、具体的には不定比性を導入したバナジウムスピネル酸化物Co1.21V1.79O4の超音波測定において、研究に大きな進展がみられ、より多くの時間と労力を要したことが理由である。尚、字数の都合で「５．研究実績の概要」には記さなかったが、上記以外の当初計画の項目については、平成29年度は当初計画通りに研究を進めた。
さらに、字数の都合で「５．研究実績の概要」には記さなかったが、平成29年度は、当初計画になかった研究として、遍歴磁性を示すラーベス化合物AB2（B：磁性遷移元素）について、磁性への元素置換と不定比性の効果（ボンドランダムネス効果）を研究した。C15型ラーベス化合物AB2は、Bサイトがパイロクロア格子を形成する結晶構造を有するが、平成29年度に行った研究より、いくつかのラーベス化合物が新奇な遍歴フラストレート磁性とボンドランダムネス効果を示すことが示唆された。
以上、当初計画を変更して進めた研究はあったものの、「パイロクロア格子磁性体についてフラストレート磁性へのボンドランダムネス効果を研究する」という本研究課題の主旨から判断すると、本研究課題は当初期待していた水準の研究成果を挙げており、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
字数の都合で「５．研究実績の概要」には記さなかったが、当初計画で研究対象とした物質のうちスピネル酸化物については、平成29年度に行った研究から、Zn(Cr,Fe)2O4およびZnCo2O4が特に興味深い新奇物性の発現を期待できる物質であることがわかってきた。そこで、スピネル酸化物については、今後はこれらの物質について優先的に研究を進める。
当初計画で研究対象とした物質のうちパイロクロア弗化物については、平成29年度はNaCaCo2F7の研究以外は次年度に持ち越しとなった。今後は、これらの持ち越しとなった研究を進める。
また、「７．現在までの進捗状況」に記したように、平成29年度に当初計画になかったラーベス化合物AB2の研究を行ったところ、いくつかのラーベス化合物において、新奇な遍歴フラストレート磁性とボンドランダムネス効果の発現を示唆する実験結果が得られた。今後は、本研究課題での新たな研究の展開を狙って、ラーベス化合物の研究も進めることとする。
さらに、これもまた当初計画にはなかったが、バナジウム酸化物CaV2O4について、単結晶を用いた超音波測定を行う。CaV2O4は、パイロクロア格子磁性体であるZnV2O4などのバナジウムスピネル酸化物とは異なる斜方晶の結晶構造を有するが、磁性を担うVサイトが軌道自由度を有し、なおかつ結晶中で擬一次元的なジグザグ鎖を形成している。したがって、CaV2O4は、軌道縮退系低次元フラストレート磁性体であると考えられている。本研究では、CaV2O4について単結晶を用いた超音波測定を行い、この物質のスピン・軌道状態を研究する。この研究を足掛かりとして、将来的には元素置換した混晶Ca(V,Cr)2O4や不定比性を導入した混晶Ca1-xV2+xO4などについて、低次元フラストレート磁性へのボンドランダムネス効果の研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
平成30年度（次年度）は、当初計画で平成29年度に行う予定であった研究の一部を行うことになった上に、当初計画にはなかったラーベス化合物AB2（複数種類の物質が研究対象）およびバナジウム酸化物CaV2O4の研究も追加で行うことになったため、物品費を当初計画よりも多く確保する必要が生じた。（「８．今後の研究の推進方策」を参照。）平成30年度の物品費は、研究対象物質の単結晶作製に用いる原材料の購入、および超音波測定に用いる部品の購入に主として充てる予定である。
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Research Products
(30 results)
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[Journal Article] THz ESR Study of Spinel Compound GeCo2O42017
Author(s)
Susumu Okubo, Hitoshi Ohta, Tatsuya Iijima, Tatsuya Yamasaki, Weimin Zhang, Shigeo Hara, Shin-ichi Ikeda, Hiroyuki Oshima, Miwako Takahashi, Keisuke Tomiyasu, and Tadataka Watanabe
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Journal Title
Zeitschrift fur Physikalische Chemie - International Journal of Research in Physical Chemistry and Chemical Physics
Volume: 231
Pages: 827-837
DOI
Peer Reviewed
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