正２０面体希土類磁性クラスターの長距離磁気秩序に対する研究

• 研究課題/領域番号: 12J07852
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 廣戸 孝信 東京理科大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 正20面体スピンクラスター固体 / 準結晶 / 近似結晶 / 磁気秩序 / 傾角強磁性 / 中性子磁気散乱 / 磁性準結晶 / 正20面体クラスター固体 / 長距離磁気秩序 / 強磁性 / リエントラントスピングラス / 結晶場効果 / 幾何学的フラストレート / 4f電子系 / 逐次移転・メタ磁性 / 共鳴X線磁気散乱 / 磁気履歴

研究実績の概要

本研究は、結晶中の正20面体希土類スピンクラスターの磁性に関する研究である。このようなスピンクラスターは、実際に準結晶や近似結晶において幅広く観測されていることから、それらの磁性や磁気秩序は興味深い問題である。本申請者らのこれまでの研究成果から、カドミウム-希土類、金-(シリコン、ゲルマニウム、スズ)-希土類系において、それぞれ、反強磁性転移と強磁性転移や傾角強磁性転移を磁化や比熱測定などのバルク測定の観点から明らかとしてきた。
本年度における研究は、これらの磁気構造をミクロスコピックな立場から解明することを目的としている。中性子散乱強度を考慮し、金-シリコン-テルビウム系合金に着目して単結晶中性子回折実験を行い、以下の成果を得た。実験は、オークリッジ国立研究所のHFIR、ビームラインHB-3Aにて行った。
1.磁化測定および中性子散乱強度の温度依存性から、11.5 Kにおいて、磁化の異常に加えて中性子散乱強度の増加を観測した。
2.磁気構造解析の結果、正20面体上の同一鏡映面に属する4つのモーメントがほぼ[1 0 0]方向を向き、また、3枚の鏡映面が互いに直交することで、正20面体スピンクラスターが全体として[1 1 1]方向に磁化を持った強磁性構造をとることを明らかとした。このことは、個々のスピンが強いイジング性の異方性を持っていることと対応し、強磁場領域でも飽和しない磁化曲線の振る舞いも説明される。
これらの結果は、正20面体スピンクラスター固体において、初めてその微視的な磁気構造を解明した成果であり、今後、同様の固体群における更なる磁気秩序の発見とその磁気構造解析に興味が持たれる。また、これらの成果は、現在論文として纏めているところである。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Sign of canted ferromagnetism in the quasicrystal approximants Au-SM-R (SM=Si, Ge and Sn / R=Tb, Dy and Ho) (2014)
  • 著者名/発表者名: T Hiroto, K Tokiwa and R Tamura
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 26 ページ: 216004-216004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sign of canted ferromagnetism in the quasicrystal approximants Au-SM-R (SM=Si, Ge and Sn / R=Tb, Dy and Ho) (2014)
  • 著者名/発表者名: T Hiroto, K Tokiwa, and R Tamura
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed matter 巻: (掲載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic properties of icosahedral (Au, Cu)-Al-Yb quasicrystals (2014)
  • 著者名/発表者名: S Oki, T Hiroto, Y Muro, R Tamura
  • 雑誌名: Acta Physica Polonica A 巻: (掲載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetism and re-entrant spin-glass transition in quasicrystal approximants Au-SM-Gd (SM = Si, Ge) (2013)
  • 著者名/発表者名: T Hiroto, G H Gebresenbut, C Pay Gomez, Y Muro, M Isobe, Y Ueda, K Tokiwa and R Tamura
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 巻: 25 号: 42 ページ: 426004-426004
  • DOI: 10.1088/0953-8984/25/42/426004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antiferromagnetic order and the structural order? disorder transition in the Cd6Ho quasicrystal approximant (2013)
  • 著者名/発表者名: A Kreyssig, G Beutier, T Hiroto, M G Kim, G S Tucker, M de Boissieu, Ryuji Tamura & Alan I. Goldman
  • 雑誌名: PHILOSOPHICAL MAGAZINE LETTERS 巻: 93 号: 9 ページ: 512-520
  • DOI: 10.1080/09500839.2013.815375
  • 査読あり
• [学会発表] 傾角強磁性体Au-Si-R (R=希土類）近似結晶の磁気異方性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 廣戸孝信,常盤和靖,田村隆治
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス(東京都・新宿区)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Tsai型近似結晶の傾角強磁性とその磁気構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 廣戸孝信, 佐藤卓, Huibo Cao, 田村隆治
  • 学会等名: 準結晶研究会
  • 発表場所: ラフォーレ蔵王(宮城県・蔵王町)
  • 年月日: 2014-12-21 – 2014-12-23
• [学会発表] Au-Si-Tb 1/1近似結晶の磁気構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 廣戸孝信, 佐藤卓, Huibo Cao, 田村隆治
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 春日井キャンパス(愛知県春日井市)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Ferromagnetic transition in Au- based Approximants (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hiroto, K. Tokiwa and R. Tamura
  • 学会等名: XXIII Congress and General Assembly of International Union of Crystallography (IUCr 2014)
  • 発表場所: Palais des congres de Montreal (Montreal, Quebec, Canada)
  • 年月日: 2014-08-05 – 2014-08-12
• [学会発表] Au-SM-R (SM=Si, Ge and Sn/R=rare-earth)近似結晶の強磁性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 廣戸孝信、常盤和靖、田村隆治
  • 学会等名: 日本物理学会2014年春季大会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
• [学会発表] Au基Tsai型準結晶の磁性 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hiroto, G. H. Gebresenbut, C. P. Gomez, Y. Muro, M. Isobe, Y. Ueda, R. Tamura
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンパス
  • 年月日: 2013-09-26
• [学会発表] Ferro and Ferri magnetic ordering in ternary Tsai-type magnetic icosah edral quasicrystalline approximants (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hiroto, G. H. Gebresenbut, C. P. Gomez, Y. Muro, H. Yaguchi, M. Isobe, Y. Ueda, R. Tamura
  • 学会等名: The 12^<th> International Conference on Quasicrystal
  • 発表場所: Krakow, ポーランド
• [学会発表] Au-IV族-希土類系近似結晶の強磁性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 廣戸孝信、常盤和靖、田村隆治
  • 学会等名: 第18回 準結晶研究会
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス
• [学会発表] Tsai型正20面体近似結晶の多様な磁性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 廣戸孝信, 室裕司, 礒部正彦, 上田寛, 田村隆治
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] Tsai型正20面体希土類クラスター固体の磁性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 廣戸孝信, 室裕司, 矢口宏, 磯部正彦, 上田寛, 田村隆治
  • 学会等名: 準結晶研究会
  • 発表場所: 近畿大学
• [学会発表] Magnetic properties of Cd6R (R=rare-earth) Crystalline Approximants (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hiroto, Y. Muro, M. Isobe, Y. Ueda, R. Tamura
  • 学会等名: Aperiodic 2012
  • 発表場所: Cairns, Australia
• [学会発表] Magnetic properties of Cd based binary alloys made of icosahedral rare earth structure (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hiroto, Y. Muro, H. Yaguchi, M. Isobe, Y. Ueda, R. Tamura
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS) fall meeting and exhibit
  • 発表場所: Boston, USA