強いスピン・格子相関を持つ磁性体の異常ナノ物性

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17510089
• 研究機関: 佐賀大学
• 研究代表者: 鄭 旭光 佐賀大学, 理工学部, 教授 (40236063)
• キーワード: 量子揺らぎ / 幾何学的フラストレーション / 秩序と非秩序の共存

研究概要

幾何学的フラストレーションによる新しい量子相の物理が現在物性物理学の大きな関心である。Harrisらによって4面体スピン配置をもつ希土類強磁性体Ho_2Ti_2O_7におけるスピンアイス状態が報告され、また、反強磁性体において量子液体のような状態が期待されている。
本研究ではクリーンな良質結晶の銅酸化物-Cu_2Cl(OH)_3 (clinoatacamite)が新しい幾何学フラストレーション磁性物質であることを発見した。ClinoatacamiteはCu^<2+>イオンの4面体スピン配置をもち、幾何学的フラストレーションによって本来安定なはずの反強磁性長距離秩序から長距離秩序とスピン揺らぎの共存状態へ転移することを観察した「Phys.Rev.Lett.95,057201(2005)」。
更にこの幾何学的フラストレーション構造がM_2X(OH)_3(M=磁性イオン、X=ハロゲンイオン)に広く存在していることをX線構造解析によって得ており、M=Co, Ni, Fe, Mn等の物質で磁気転移とグラス的特性の共存の実験結果(比熱&磁化)も測定している。この新しい幾何学的フラストレーション系を系統的に調べている最中で、更に異なる磁性イオン及び置換等のスピン制御によって秩序とスピン揺らぎの共存がどのように変化するかの研究を通してこのクリーン物質系の新しい量子相の物理を解明できると期待されている。

研究成果

• [雑誌論文] Geometric frustration in a new material system M_2X(OH)_3 (2006)
  • 著者名/発表者名: X.G.Zheng, K.Nishiyama
  • 雑誌名: Physica B 374-375 ページ: 156-159
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Unconventional magnetic transitions in the mineral clinoatacamite Cu_2Cl(OH)_3 (2005)
  • 著者名/発表者名: X.G.Zheng, T.Kawae, Y.Kashitani, C.S.Li, H.Yamada, C.N.Xu, N.Tateiwa, K.Takeda, Ren Yang
  • 雑誌名: Physical Review B 71 ページ: 052409 1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Coexistence of long-range order and spin fluctuation in geometrically frustrated clinoatacamite Cu_2Cl(OH)_3 (2005)
  • 著者名/発表者名: X.G.Zheng, H.Kubozono, K.Nishiyama, W.Higemoto, T.Kawae, K.Koda, C.N.Xu
  • 雑誌名: Physical Review Letters 95 ページ: 057201 1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Finite-size effect on Neel temperature in antiferromagnetic nanoparticles (2005)
  • 著者名/発表者名: X.G.Zheng, C.N.Xu, K.Nishikubo, K.Nishiyama, W.Higemoto, W.J.Moon, E.Tanaka, E.S.Otabe
  • 雑誌名: Physical Review B 72 ページ: 014468 1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Electro-Mechano-Optical Conversions in Pr^<3+>-Doped BaTiO_3-CaTiO_3 Ceramics (2005)
  • 著者名/発表者名: X.S.Wang, C.N.Xu, H.Yamada, X.G.Zheng
  • 雑誌名: Advanced Materials 17 ページ: 1254-1258
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Antiferromagnetic transinons in polymorphic minerals of the natural cuprates atacamite and botallackite Cu_2Cl(OH)_3 (2005)
  • 著者名/発表者名: X.G.Zheng, T.Mori, K.Nishiyama, W.Higemoto, H.Yamada, K.Nishikubo, C.N.Xu
  • 雑誌名: Physical Review B 71 ページ: 174404-1-174404-8
• [雑誌論文] Ordered magnetic state in PrFe_4Sb_<12> single crystals (2005)
  • 著者名/発表者名: N.P.Butch, W.M.Yuhasz, P.-C.Ho, J.R.Jeffries, N.A.Frederick, T.A.Sayles, X.G.Zheng, M.B.Maple, J.B.Betts, A.H.Lacerda, F.M.Woodward, J.M.Lynn, P.Rpgl, G.Gester
  • 雑誌名: Physical Review B 71 ページ: 214417