2016 Fiscal Year Annual Research Report
Spin dynamics of lanthanide-based single-molecule magnets
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26800178
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
古府 麻衣子 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 J－PARCセンター, 任期付研究員 (70549568)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 中性子散乱 / 希土類元素 / 単分子磁石 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単分子磁石とは、ナノスケールの単一分子が大きな磁気モーメント・磁気異方性を有し、磁化反転過程が非常に遅くなる物質群のことである。本研究の目的は、希土類イオンを含む単分子磁石Zn-Ln-Zn三核錯体のスピンダイナミクスを中性子散乱を用いて調べ、磁化反転メカニズムを明らかにすることである。この錯体分子には２つの非磁性Znイオンと、希土類磁性イオン１つが含まれている。３つの金属イオンを含むが、磁性イオンは１つのみであり、「単イオン磁石」と捉えることができる。これらの金属イオンはほぼ直線上に並んでおり、同構造を保ったまま希土類イオンを変えることができる。
H26、H27年度に、CeおよびPr錯体についてJ-PARCに設置されたAMATERAS分光器を用いて中性子非弾性散乱測定を行った。ここで、Ce(J=5/2)はクラマース、Pr(J=4)は非クラマースイオンである。ここで、Ce錯体は単分子磁石的挙動を示す（ms程度の遅い磁化反転が観測される）が、Pr錯体は非単分子磁石である。Pr錯体では3.5 meVのエネルギーに磁気励起が観測されたのに対し、Ce錯体では磁気励起はE < 15 meVの範囲では確認できなかった。交流磁化率測定から予想されるエネルギー障壁は35K(~3meV)程度であり、このエネルギーに対応する副準位間の励起が観測されると考えていたが、結果は予想に反するものであった。H28年度は、より散乱強度の大きいNd錯体について測定を行った。Nd(J=9/2)はCeと同様にクラマースイオンであり、単分子磁石挙動を示す。しかしながら、Nd錯体においても低エネルギー磁気励起は現れなかった。これらの結果は、スピンパリティが磁化反転挙動および低エネルギー磁気励起の有無と密接に関連していることを示唆している。今後、さらなる中性子散乱測定を行い、その起源解明を目指す。
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