共鳴回折法による時間・空間反転を破る磁気多極子秩序に関する研究

利用共振衍射法研究打破时空反转的磁多极序

基本信息

批准号：
19J00467
负责人：
上田大貴
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、時間反転対称性と空間反転対称性をともに破ることから様々な物性発現の伴を握る、トロイダルモーメント、磁気四極子、アナポールといった磁気多極子秩序の物理的性質を実験的に解明することである。これらの秩序が物質中で形成する「磁気ドメイン」を共鳴X線回折法によって可視化することが原理的に可能であることに着目した。本年度はまずトロイダルモーメントを内包するLiFeSi2O6、磁気四極子を内包するPb(TiO)Cu4(PO4)4、アナポール秩序を有することが提案されているCuOに着目し、共鳴回折実験をSPring-8 BL17SUにて行った。LiFeSi2O6とPb(TiO)Cu4(PO4)4については、磁気転移温度以下で現れる磁気反射がBragg反射もしくはATS散乱に起因した禁制反射に重畳することで磁気散乱と電荷散乱の干渉が生じ、これを利用することで磁気散乱の位相、すなわちトロイダルモーメントや磁気四極子といった秩序変数の符号を識別することができる。本年度の実験では、着目した逆格子点において磁気散乱と干渉する電荷散乱がたしかに存在すること、電荷散乱強度が結晶全体で一様であることを共鳴回折実験により確認した。これにより試料を冷却、磁気反射が重畳することで磁気的な秩序変数の符号をドメインという形で直接観測することができる。CuOについては、共線的な反強磁性秩序に起因するとされる1/2 0 -1/2磁気反射強度に円偏光依存性が存在し、なおかつこの円偏光依存性が試料の位置に依存する、つまりドメインが形成されていることを実験的に観測した。この円偏光依存性は共線的な反強磁性秩序のみでは説明できず、アナポール等何らかの秩序が形成されていることが示唆される。

本研究的目的是通过实验研究磁多极级的物理性质，例如环形矩、磁四极子和阿纳极子，它们是各种物理性质表现的关键，因为它们同时打破了时间反转对称性和空间反转对称性是为了找出答案。我们关注的事实是，原则上可以使用共振 X 射线衍射来可视化这些有序在材料中形成的“磁域”。今年，我们将首先关注含有环形矩的LiFeSi2O6、含有磁性四极杆的Pb(TiO)Cu4(PO4)4和被认为具有折极级的CuO，并在以下温度下进行共振衍射实验： SPring-8 BL17SU 我去了。对于LiFeSi2O6和Pb(TiO)Cu4(PO4)4，在磁转变温度以下出现的磁反射叠加在由布拉格反射或ATS散射引起的禁止反射上，从而导致磁散射和电荷散射之间的干涉。方法，可以识别磁散射的相位，即环形矩和磁四极杆等有序变量的符号。在今年的实验中，我们通过共振衍射实验证实，在我们关注的倒晶格点处确实存在干扰磁散射的电荷散射，并且电荷散射强度在整个晶体中是均匀的。这样可以冷却样品，并且通过叠加磁反射，可以直接观察磁域形式的磁序变量的符号。对于CuO，在1/2 0 -1/2 磁反射强度中存在圆偏振依赖性，这被认为是由共线反铁磁序引起的，并且该圆偏振依赖性取决于样品的位置。，我们通过实验观察到形成了一个域。这种圆偏振相关性不能仅用共线反铁磁序来解释，但表明形成了某种序，例如反极子。