研究領域 | ハイパーマテリアル:補空間が創る新物質科学 |
研究課題/領域番号 |
22H04582
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研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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配分区分 | 補助金 |
審査区分 |
理工系
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研究機関 | 東北大学 |
研究代表者 |
那波 和宏 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10723215)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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キーワード | マグノン / 近似結晶 / 結晶場励起 / 磁気ダイナミクス / 準結晶 |
研究開始時の研究の概要 |
近年、準結晶や近似結晶の磁性研究が目覚ましく進展している。Cd6Tb 近似結晶における長距離秩序の発見、Au-Al-Tb 、Au-Si-Tb 1/1 近似結晶における非共線的な磁気構造の解明が進められてきた。非共線的な磁気構造は磁性のみならず電子物性との関連性という点においても興味深いが、このような磁気構造を示す起源は未だに明らかではない。本研究ではこの点を明らかにすべく試料合成と中性子散乱を合わせた系統的な物性研究によって1.近似結晶、準結晶の磁気構造、2.磁気異方性、3.磁気ダイナミクスを明らかにし、近似結晶、準結晶固有の磁性を開拓することを目指す。
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研究実績の概要 |
準結晶における磁気長距離秩序の発見、1/1近似結晶における非共線的な磁気構造の解明により準結晶・近似結晶においても特異な磁性が発現する期待が高まっている。本研究は、これらの磁性がなぜ発現するのかを中性子散乱によって微視的な観点から明らかにすることを目的とする。1年目は以下の3点に関する研究を推進した。 1.蔡型クラスターを有しTbを磁性元素に持つ複数の1/1 近似結晶に関して粉末中性子回折実験を行い磁気構造の配位子置換効果を研究した。配位子置換によって原子辺りの電子数(e/a)を増加させると渦型反強磁性磁気構造から非共線的な強磁性磁気構造(自発磁化有)に変化することを明らかにした。特に中間的な組成では温度変化に伴い渦型反強磁性磁気構造から非共線的な強磁性磁気構造へに転移することを見出し、両磁気構造が同一組成で実現することからTbの一軸異方性が両磁気構造に必須であることが示された。 2.1と同様の1/1 近似結晶に関して単結晶・粉末中性子非弾性散乱実験を行い、観測された結晶場励起を通じて磁気異方性の配位子置換効果を研究した。配位子置換によって原子辺りの電子数(e/a)を増加させると結晶場励起に由来する異方性エネルギーが大きくなるとともに同時に異方性エネルギーのランダムネスが大きくなることが分かった。加えて点電荷模型に基づく解析により一軸異方性の方向が配位子置換によって大きくは変化しないことも明らかになった。 3.磁気異方性がほとんどないと思われるEuを磁性元素に持つ1/1近似結晶の粉末中性子回折実験を行い、磁気異方性がない場合にどのような磁気構造を実現するかを研究した。観測された磁気反射から既に観測されている渦型反強磁性磁気構造とは異なる磁気構造であることが分かったが、多結晶試料の品質、統計の不足、ドメインの識別が困難な磁気構造である等の問題がありが磁気構造の決定には至らなかった。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
配位子を系統的に変化させた系での中性子回折実験や中性子非弾性散乱実験が進み、Tbを磁性原子として含む近似結晶については配位子置換効果がほぼ明らかになった。配位子を置換し原子辺りの電子数(e/a)が大きくなると、磁気モーメント間の強磁性的な磁気相互作用が増強される一方で結晶場に由来する一軸異方性の向きはほぼ変化しないことが明らかになった。加えてEuを磁性元素に持つ近似結晶の磁気構造が既に知られている磁気構造とは異なることも分かり、準結晶や近似結晶の磁気構造の理解に新たな展開をもたらしつつある。
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今後の研究の推進方策 |
初年度の実績を踏まえると今後の研究において重要であるのは1.磁気ダイナミクスの観測及び2.Euを磁性元素に含む近似結晶の磁気構造の同定である。1については中性子非弾性散乱実験によって達成されるが、磁気相互作用が小さいためエネルギー分解能を相当に上げる、同時に試料の量をなるべく稼ぐ必要がある。2については粉末中性子回折実験において多結晶試料の品質向上、短波長を使用することでEuによる中性子の吸収を軽減する対策が必須であり、同時に単結晶試料の育成にも着手する必要がある。
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