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本研究の対象であるカゴメ格子をもつ秩序型変型パイロクロア格子フッ化物では、アルカリ金属イオンを含むフッ化物のパイロクロア格子上に、一価の非磁性イオンと一種類の三価の磁性イオンを1:3で秩序化させることにより、カゴメ格子を実現している。S=1/2のスピン系である三価のチタンイオンを含む系に関しては、本課題が始まる時点で三つの物質が存在していたが、本課題において前年度までに三つの新物質を発見していた。また、海外の研究グループによりメチルアミンを含む新たな一つの物質が報告された。さらに一価の非磁性イオンの置換を試み、一価の非磁性イオンがさらに3:1で秩序化した二つの新物質を発見した。新しく得られた一価の非磁性イオンがさらに3:1で秩序化した物質の構造解析を行ったところ、菱面体晶系であり、チタンイオンのカゴメ格子は、二種類の正三角形と二種類の二等辺三角形が頂点共有してできていることが判明した。これらの物質について低温強磁場下で磁化過程の測定を行い、十分な大きさの磁化まで測定できた七種類の物質に関しては、いずれも飽和磁化の1/3で磁化プラトーを示すことが明らかになった。このことは、この1/3磁化プラトー現象が、カゴメ格子の多少の歪の大きさによらずに安定に存在することが示しており、量子スピンカゴメ格子反強磁性体を特徴付ける性質であることが明らかになった。
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