2016 Fiscal Year Annual Research Report
Neutron scattering study on the possibility of multipolar order in NdB4
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25390133
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
山内 宏樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 物質科学研究センター, 研究副主幹 (50367827)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 中性子散乱 / 磁気秩序 / 四極子秩序 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
T0 = 17.2 K, TN1 = 7.0 K, TN2 = 4.8 Kの多段相転移を示し、幾何学的フラストレーション（GF）が生じるシャストリー・サザーランド格子（SSL）と等価な構造を含む正方晶NdB4において、粉末中性子回折実験と空間群の表現を用いた磁気構造モデルの再構築を通して、未解明だった高温中間相（II相, TN1 < T < T0）の秩序状態、秩序変数を明らかにした。
磁気構造および秩序変数を決定するために、新たに群論的考察を用いた磁気構造モデルの考察を行い、II相で観測された磁気散乱が、正方晶ab面内のNdの静的磁気モーメントによる秩序構造を仮定することでよく説明できることを示した。可能な磁気構造は群論的に１２個に絞られ、さらに（i）強磁性成分が存在しない、（ii）磁気モーメントはab面内のみ、（iii）磁気モーメントの大きさはすべて一定、の３つを制約条件として課すと、４つの既約表現（Γ2, Γ4, Γ6, Γ8）の基底ベクトルで表現される反強磁性構造とその線形結合だけが残る。これらはSSLに伴うGFにより、その磁気的交換相互作用としてはエネルギー縮退している。強度解析の結果、すべての磁気散乱がノンコリニアな二つの反強磁性構造、すなわち、Γ4（all-in/all-out）型の主成分とΓ2（vortex）型のわずかな付加成分の線形結合で一意的に説明できることを見出した。
我々は、NdB4の多段相転移には、１）磁気相互作用の優位性を抑制する幾何学的フラストレーションの効果、２）ノンコリニア磁気構造と四極子秩序を安定化させる四極子相互作用、この二つのどちらもが必要な要素であることを示し、SSLから生じるGFに伴う縮退を破り、１つの磁気構造が実現するメカニズムの本質として重要であるとの結論を得るに至った。
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[Presentation] 新しいマンガン化合物Mn3RhSiの構造と磁性2016
Author(s)
山内宏樹, 社本真一, 近藤啓悦, 石角元志, 萩原雅人, Songxue Chi, Jaime A. Fernandez-Baca
Organizer
日本中性子科学会第16回年会
Place of Presentation
名古屋大学 豊田講堂（愛知県名古屋市）
Year and Date
2016-12-01 – 2016-12-02
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[Presentation] NdB4の中性子散乱による研究2016
Author(s)
目時直人, 山内宏樹, 綿貫竜太, 鈴木和也, 萩原雅人, 益田隆嗣, 松田雅昌, Songxue Chi, Jaime A. Fernandez-Baca
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（石川県金沢市）
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
