2020 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 – 2022-03-31
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| Keywords | フラストレーション / ボンドランダムネス効果 / スピネル型クロム酸化物 / スピネル型鉄酸化物 / 超音波測定 / スピンヤーンテラー効果 / リエントラントスピングラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピネル型クロム酸化物ZnCr2O4に局所格子歪を導入した混晶(Zn,Cd)Cr2O4、およびZnCr2O4の磁性Crサイトを希釈した混晶Zn(Cr,Ga)2O4について、多結晶を用いた超音波音速測定を行った。ZnCr2O4は、強い反強磁性相互作用を有しながら（ワイス温度は約-400 K）低温（約13 K）で立方晶から正方晶への格子歪を伴った反強磁性転移を示す。この磁気構造相転移は、結晶の対称性を下げることで幾何学的フラストレーションを解消するスピンヤーンテラー転移であると考えられている。ZnCr2O4については、単結晶を用いた超音波音速測定において、スピンヤーンテラー転移の前駆現象である巨大な弾性ソフト化が常磁性相で観測されている。本研究で(Zn,Cd)Cr2O4とZn(Cr,Ga)2O4の超音波音速測定を行った結果、ZnCr2O4と同様の弾性ソフト化が観測された。(Zn,Cd)Cr2O4とZn(Cr,Ga)2O4はいずれも低温でスピングラス挙動を示すが、本研究はこれらの混晶においてもスピンヤーンテラー効果が発現していることを見出した。
スピネル型鉄酸化物CdFe2O4、およびCdFe2O4のFeサイトを磁性Crイオンで置換した混晶Cd(Fe,Cr)2O4について、多結晶を用いた直流/交流磁化率および比熱の測定を行った。CdFe2O4は、ワイス温度が約-50 Kと反強磁性的であり、 約13 Kで反強磁性転移のような磁化異常を示す。その一方で、中性子散乱実験からは、低温（1.5 K）まで長距離磁気秩序を示さないとの報告がなされている。本研究で行った実験の結果、CdFe2O4と混晶Zn(Cr,Fe)2O4のいずれにおいても、約10 K以下の低温で逐次的に反強磁性転移とスピングラス挙動を示す、いわゆるリエントラントスピングラス挙動が確認された。
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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
令和元年度に完了予定だった本研究課題は、令和2年度、3年度と延長することとなったが、これはコロナ禍の影響で当初予定していた学会出張が取り止めとなったためである。本課題で行った研究については、令和元年度までの段階で既に当初期待していた水準の成果を挙げることができたものと考えている。加えて、本課題を延長した令和2年度は、本課題に関連する新たな研究成果を挙げることができた。以上より、本研究課題は、おおむね順調に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度に行った研究のうち、スピネル型クロム酸化物ZnCr2O4の混晶(Zn,Cd)Cr2O4とZn(Cr,Ga)2O4について行った超音波音速測定は、ZnCr2O4のスピンヤーンテラー効果に対するボンドランダムネス効果についての新たな知見を与えるものとなった。しかし、令和2年度は、(Zn,Cd)Cr2O4とZn(Cr,Ga)2O4のそれぞれ限られた元素置換量の試料について超音波音速測定を行うにとどまった。令和3年度は、これらの混晶の様々な元素置換量の試料について実験を行い、スピンヤーンテラー効果に由来する弾性ソフト化の元素置換量依存性を調べる予定である。
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| Causes of Carryover |
令和2年度の直接経費は、国内学会と国際学会の出張旅費および学会参加費として使用する予定であったが、コロナ禍の影響で出張が取り止めとなったため次年度使用額が生じた。
令和3年度は、国内学会と国際学会がオンライン開催となることを想定して、学会関連の支出は学会参加費のみを予定している。その他の支出としては、混晶(Zn,Cd)Cr2O4およびZn(Cr,Ga)2O4の多結晶（超音波測定用）の合成に用いる原材料費の購入を予定している。
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