2014 Fiscal Year Research-status Report
格子との結合に着目したフラストレート系スピネルにおけるスピン分子状態の研究
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25400348
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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, 准教授 (70409051)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | フラストレーション / 超音波 / 弾性異常 / フェライトスピネル / スピン分子励起 / バナジウムスピネル / 軌道整列 / スピン・軌道励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、幾何学的フラストレート系スピネル化合物を研究対象として、主として超音波音速測定により新奇な磁気揺らぎおよび磁気励起の研究を行うものである。平成26年度の主な研究実績は以下の通りである。
スピンフラストレート系フェライトスピネルZnFe2O4について、純良単結晶を用いた超音波音速測定を行った。ZnFe2O4は、磁性を担うFeイオンが電荷・軌道の自由度をもたず、スピン自由度が磁性を完全に支配するフラストレート磁性体であると考えられている。ZnFe2O4については、過去の中性子散乱実験から、低温まで長距離磁気秩序と構造相転移を示さず、スピン分子励起が発現しているとの報告がなされている。本研究では、ZnFe2O4について全ての独立な弾性モードの音速（弾性率）の温度依存性を測定し、この物質における相転移の有無の検証、および磁気励起に由来する弾性異常の観測を試みた。その結果、ZnFe2O4においては、最も高精度に観測できる熱力学量の一つである弾性率（音速）において、相転移に伴う異常がみられないことが明らかになった。この結果は、ZnFe2O4において低温まで相転移（フラストレーションの解消）が生じていないことを明らかにするものである。さらにZnFe2O4における超音波音速測定では、スピン分子励起に由来する弾性異常が全ての弾性モードにおいて観測された。以上の結果は、ZnFe2O4のフラストレート磁性が動的なスピン分子状態により支配されていることを強く示唆するものである。
また今年度は、昨年度の実施状況報告書の「12. 今後の推進方策 等」に記したように当初の計画を変更して、軌道縮退フラストレート系バナジウムスピネルCoV2O4における純良単結晶を用いた超音波音速測定に着手し、現在も実験を遂行中である。これまでの実験で、磁気励起に由来する弾性異常の観測に成功している。
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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25年度に行った研究内容が当初計画から変更されたのを受けて、平成26年度はまず当初計画で平成25年度に完了予定であったZnFe2O4の超音波測定を引き続き行った。その結果、ZnFe2O4については当初期待していた通りの興味深い研究成果を得ることができた。また平成26年度は、当初計画を変更して平成25年度から行っているCoV2O4の超音波測定を引き続き行い、本研究を行うに当たり期待していた結果よりもはるかに多くの興味深い研究結果を得つつある。
ZnFe2O4とCoV2O4については、平成27年度中に学術論文を発表する予定である。ZnFe2O4の論文は既に執筆を完了しており、近々に投稿予定である。CoV2O4の論文は現在執筆中であり、現在遂行中の実験の結果を追加した後に投稿予定である。
当初計画にあった研究対象物質のうち、MgV2O4とZnFe2O4以外の物質については、平成26年度も単結晶作製を試みたが、まだ成功には至っていない。現在も単結晶作製を試みているところである。
尚、現在も単結晶作製を試みている物質のうち、混晶クロムスピネル(Zn1-xCdx)Cr2O4とフェライトスピネルCdFe2O4および混晶フェライトスピネル(Zn1-xCdx)e2O4については、これまでのMgCr2O4とZnFe2O4の単結晶での超音波測定の研究成果を参考にすると、多結晶での超音波測定からでも当初に単結晶での実験で得たいと考えていた知見を得られる可能性が高いことが分かった。これらの物質については、研究の進捗状況によっては多結晶での超音波測定を行う予定である。
以上のように、平成26年度に行った研究の中には、当初の計画以上に進展した研究もあれば、進展が滞っている研究もある。しかし全般的に判断すると、本研究課題は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 |
最終年度は、まず当初計画を変更して行っているバナジウムスピネルCoV2O4の超音波音速測定を完了させて、その研究成果をまとめた論文を発表する。また、当初計画を変更して行う予定であったニッケルドープのコバルトペロブスカイトLa(CoNi)O3の超音波測定について、昨年度はCoV2O4の実験に重点を置いたため実験に着手することができなかったが、最終年度は実験を遂行する。
当初計画で研究対象とした物質のうちまだ超音波測定に着手していない物質について、まず混晶クロムスピネル(Zn1-xCdx)Cr2O4とフェライトスピネルCdFe2O4および混晶フェライトスピネル(Zn1-xCdx)e2O4は、多結晶での超音波測定からでも当初に単結晶での実験で得たいと考えていた知見を得られる可能性が高いことが分かったので、単結晶での超音波測定が難しいようであれば多結晶での実験を行う。また希土類スピネルCdR2S4、MgR2Se4、およびCdR2Se4（R = Dy, Ho, Er, Tm, Yb）については、これまでのところ単結晶作製が難航しており、超音波測定を研究期間内に行えるかどうか難しい状況である。これらの物質については、単結晶作製手法を確立し、可能であれば超音波測定を行う。
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| Causes of Carryover |
次年度において、当初の計画にはなかった物質（CoV2O4とLa(CoNi)O3）の超音波測定を追加で行う予定であるため、次年度の超音波測定関連の物品費を確保する目的で、次年度使用額を生じさせた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は、当初の計画にはなかった物質（CoV2O4とLa(CoNi)O3）の超音波測定を行う予定であるため、次年度使用額はその超音波測定に必要な物品費として使用する予定である。
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