2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development for determination of exchange-interaction values between spins using neutron diffraction in magnetic fields
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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, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主席研究員 (40281654)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2024-03-31
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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 |
Ni2V2O7の成果を論文化した。Ni2+のスピン値は1で、2種類のNiサイト（Ni1とNi2）が存在する。TN1=6.7KとTN2=5.7Kで磁気転移が起こる。2Kでは8から30T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。3種類の短いNi-Ni対が存在し、それらの交換相互作用をJ1, J2, J3と表す。交換相互作用の値については幾つかの報告例があるが、J1=1.0K, J2=-6.3 K, J3=78.5 Kが最も確からしい。最も強いJ3相互作用でNi1-Ni1の反強磁性ダイマーが形成され、J1とJ2相互作用でダイマーとNi2モノマーが弱く結合していると考えられる（ダイマー・モノマー模型）。我々はゼロ磁場で非整合な磁気構造が現れることを見つけた。TN1とTN2の間の6.0KではNi2モーメントのみが秩序化し、モーメントがbに平行なスピン波構造となる。2.3KではNi1とNi2モーメントがともに秩序化し、モーメントがab面内のサイクロイド構造となる。Ni1とNi2モーメントの大きさは、それぞれ1.62と2.50muBで、Ni1において短縮が見られる。10TでのNi1とNi2の磁場誘起磁気モーメントはそれぞれ、0.3と1.9 muBでNi1では小さい。以上の結果はダイマー・モノマー模型で期待される結果と一致する。
YbCo2の磁場中の中性子回折実験も行った。他のRCo2（Rは磁性希土類元素）とは異なり、ゼロ磁場では1.8Kまでに磁気転移は現れない。一方、磁場印加によって磁気転移が現れ、磁場の増加に伴い、転移温度は上昇する（9Tの磁場で5.4K）。ゼロ磁場では近藤相互作用が支配的で非磁性的なのに対して、有限磁場では遍歴電子磁性が現れると考えられる。このような二重性はf-d電子系では極めて稀である。我々は磁場中でYbとCoの両方が磁気秩序を示すことを確認した。
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