2020 Fiscal Year Research-status Report
磁場中の中性子回折を利用したスピン間に働く交換相互作用の値の決定方法の確立
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18K03551
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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, 先端材料解析研究拠点, グループリーダー (40281654)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁場中の中性子回折 / 磁場誘起磁気モーメント / スピン / 交換相互作用 / 常磁性状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究目標は、スピン間に働く交換相互作用の値を、汎用的に、簡便に、正確に決定する方法の確立である。本研究で提案する方法では、磁気秩序がない常磁性状態で、磁場中の中性子回折を利用することで、サイト毎の磁場誘起磁気モーメントの値を調べ、交換相互作用の符号や大小の情報を得る。その情報を踏まえた上で、磁化や比熱などの実験結果と計算結果を比較して、より正確に交換相互作用の値を決定する。
現在、Ni2V2O7の研究を行っている。この物質では、TN1 = 6.7 KとTN2 = 5.7 Kで磁気転移が起こるが、磁気構造は分かっていない。2 Kでは8から30 Tの間で1/2量子磁化プラトー（一種の常磁性状態）が見られる。2種類のNi2+サイト（Ni1とNi2）が存在する。スピンの値は1である。3種類の短いNi-Ni対が存在し、それらの反強磁性交換相互作用をJ1, J2, J3.と表すことにする。交換相互作用の値については以下の3組の報告例があり、結論が出ていない。J1 = 33.5 K, J2 = 37.4 K, J3 = 470 K (モデル1)、J1 = 1.8 K, J2 = 6.0 K, J3 = 161 K (モデル2)、J1 = 9 K, J2 = 38 K, J3 = 17 K (モデル3)。
2019年度にオーストラリアANSTOで、Ni2V2O7のゼロ磁場と磁場中の中性子回折実験を行い、解析を行った。3つの交換相互作用の符号を確定させるためにゼロ磁場での磁気構造を決める必要があるが、実験結果が不十分であることが分かった。よって、12月にスイスPSIでゼロ磁場での中性子回折実験を行い、解析を進めている。磁場中の中性子回折実験の結果から、Ni1とNi2の磁場誘起磁気モーメントはそれぞれ、ほぼ0と2 muBと評価した。よって、モデル1または2が正しいと思われるが、詳細は検討中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2019年度に投稿したCu3(P2O6OD)2の論文はPhys. Rev. B誌に出版された。Ni2V2O7のゼロ磁場での磁気構造を決めるための中性子回折実験は12月にスイスPSIで行うことができた。LaCo9Si4の磁場中の中性子回折実験はコロナ禍のために2020年度には行えなかった。
その実験の申請を、オーストラリアANSTOに行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きNi2V2O7の結果の解析を進め論文を執筆する。
関連研究として、遍歴電子強磁性物質LaCo9Si4の磁場中の中性子回折実験も行う。この物質はゼロ磁場では強磁性秩序を示さないが、強磁性の量子臨界点近傍に位置すると考えられている。数テスラの磁場を印加すると、遍歴電子メタ磁性転移（磁場誘起強磁性状態への相転移）が現れる。3種類の結晶学的なCoサイト（16k、16l、4d）が存在するが、16kサイトが主として遍歴電子メタ磁性転移を担っていると、NMRと電子構造計算の結果から考えられている。磁場中の中性子回折実験を行い、各Coサイトの磁場誘起磁気モーメントの大きさを決めることで、この描像が正しいかどうかを確認する。
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| Causes of Carryover |
（理由）コロナ禍のため、①外国の施設へ行っての中性子回折実験が行えなかった（スイスPSIでの実験は、試料を送って、現地の共同研究者に行ってもらった）。よって、試料準備のための消耗品費と人件費も使用しなかった。②低温物理学国際会議が中止になり、日本物理学会と日本中性子科学会がオンライン開催になった。よって、国内旅費が不要となった。
（使用計画）2020年度に行えなかった外国の施設での中性子回折実験を行いたい。消耗品費355千円、外国旅費（1回）300千円、国内旅費（1回）90千円、人件費（週1回）580千円、その他（学会参加費、論文校閲）44千円。
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