超強磁場下の放射光X線磁気散乱研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14204037
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 勝又 紘一 理化学研究所, 量子磁性材料研究チーム, チームリーダー (90002104)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金道 浩一 大阪大学, 極限科学研究センター, 教授 (20205058) ; 萩原 政幸 理化学研究所, 磁性研究室, 副主任研究室 (10221491) ; 田中 良和 理化学研究所, X線干渉光学研究室, 先任研究員 (90250109)
• Keywords: 放射光X線磁気散乱 / 磁場中相転移 / 強磁場 / 反強磁性体 / メタ磁性 / 量子スピン

Research Abstract

当研究においては、SPring-8からの高エネルギーX線を用いた非共鳴磁気散乱測定を超強磁場中で行い、量子効果が顕著な磁性体やフラストレート磁性体などにおける磁場誘起秩序相の磁気構造を決定し、その解析から磁性体の量子現象やフラストレーション効果についての知見を得ることを目的としている。
本年度は、X線回折用としては世界最高の15テスラを発生出来る超伝導マグネットを用いて、SPring-8のBL19ビームラインにおいていくつ力の反強磁性体の磁場中における相転移をX線磁気散乱法により研究した。また、パルス磁場発生用のコンデンサー、放電スイッチ装置などを購入し、テストを行った。関連する研究として、量子磁性体の試料を合成しその磁気的性質を調べた。具体的には、
1.代表的な反強磁1生体MnF_2単結晶について、磁場中でX線磁気散乱測定を行い、9.27Tにおいて(3,0,0)反強磁性ブラッグ散乱強度が急激に減少することを見出した。以前の研究から、この磁場でスピンフロップ転移が起こることが知られており、解析の結果、X線の散乱ベクトルと結晶中の磁気モーメントの方向との関係を導きスピンフロップ転移により強度が減少することを説明できた。更に、6.5Tで(3,0,0)散乱強度が僅かに減少することを見出した。この磁場の値は、上記のスピンフロップ磁場の丁度1/√<2>倍になっており、この現象が表面スピンフロップとして説明できることが分かった。バルクの試料において、バルクと表面のスピンフロップが同時に観測されたのは今回が初めてである。
2.強い一軸異方性を持つ反強磁性体FeCl_2・2H_2Oは、磁場中で反強磁性相、中間相、強磁性相の3相をとり、二段階のメタ磁性転移を示す。この物質の単結晶について、磁場中でX線磁気散乱測定を行い、一次相転移に伴う二相共存を初めて観測した。この原因について検討中である。

Research Products

• [Publications] 勝又紘一: "Observation of Field-Induced Magnetic and Structural Transitions in an Antiferromagnet by Means of Synchrotron X-rays"Journal of Physics ; Condensed Matter. 14,37. L619-L623 (2002)
• [Publications] 本多善太郎: "The Spin Gap in a Quantum Antiferromagnet on the Kagome Lattice"Journal of Physics ; Condensed Matter. 14,38. L625-L629 (2002)