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本計画の研究対象である希土類金属間化合物YbAl_3C_3は4f電子系としては初めての例となる、結晶格子の幾何学的フラストレーションを背景としたスピン二量体化現象を生じる物質である。本年度の研究成果を下記に記す。
・強磁場極低温下での中性子回折実験
Yb原子が作るスピン二量体(ダイマー)の秩序パターンを明らかにすることを目的とし、磁場を加えることで、ダイマー内の反強磁性相関を反映した磁気反射が誘起される事を期待して実験を行った。残念ながら、反強磁性相関を示す磁気反射を観測することはできず、秩序パターンの決定には至らなかった。しかしながら、磁化過程と同様の傾向を持つメタ磁性的な跳びを、強磁性成分の増加として観測することができた。
・構造相転移温度近傍での中性子非弾性散乱実験
温度80Kで生じる微小な構造相転移の起源や、転移が4f電子系に与える影響は未だ明らかにできていない。そこで、転移温度前後での詳細な中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、分裂した結晶場準位間の単純な遷移とこれまで考えていた磁気励起のひとつが、転移温度を下回ると急激に成長し、その強度を増すことを見出した。このため、これまで考えていた結晶場モデルを再考する必要がでてきた。この実験事実は、構造相転移の起源とその影響を明らかにし、低温でスピンダイマーを形成する舞台を形作る要因を考察する上で重要なものとなり得る。
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