パイロクロア型希土類酸化物におけるスピンアイス状態の動的磁気挙動の研究

烧绿石型稀土氧化物自旋冰态动态磁行为研究

• 批准号: 14740214
• 负责人: 松平 和之
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740214/
• 关键词: パイロクロア酸化物; フラストレーション; スピンアイス; 液体-気体型相転移; 交流磁化率; 磁気緩和; カゴメアイス; 置換効果

今年度は以下の研究成果が得られた。1.スピンアイス化合物の磁場下における液体-気体相転移巨視的な縮退状態を有するスピンアイス状態に[111]方向の磁場を印可すると、部分的に縮退が解けたカゴメアイスが出現することを昨年度に明らかにした.我々は更にカゴメアイスの研究を進め、カゴメアイスにおける巨視的縮退が解ける際に、約04K以下で液体-気体型の相転移を示すことを発見した.局在スピン系における有限磁場下での液体-気体型の相転移は今回が初めてのケースである.2.スピンアイス化合物の極低温下における動的磁気挙動スピンアイス化合物Dy_2Ti_2O_7とDy_2Sn_2O_7の極低温域での交流磁化率測定によって動的磁気挙動について調べた.スピン相関の発達により磁化の緩和時間は増大するが、その温度依存性が熱活性型よりも急速に緩和時間が増大することがわかった.また、緩和のクロスオーバー領域におけるほぼ一定の緩和時間が各スピンアイス化合物に強く依存している事も判明した.これらは磁気異方性や励起状態に加え、スピン相関も関係する事が示唆される.3.フラストレートしたパイロクロア酸化物Pr_2Sn_2O_7の極低温磁性これまでにパイロクロア酸化物Pr_2Sn_2O_7が約0.3Kに交流磁化率に異常を示すことを見いだしている.その異常の起源について研究を行った.交流磁化率における異常は測定周波数に強く依存する事が明らかとなった.磁化の緩和時間はおおよそ熱活性型の温度依存性に従い増大していく.このため、01K以下で通常のDC測定のタイムスケールを超え、磁気モーメントが凍結している事が判った.飽和磁化は有効磁気モーメントの半分程度であり、強い1軸磁気異方性を有していることも明かとなった.これらの結果はPr_2Sn_2O_7が新規スピンアイス化合物である可能性が高い事を示唆している.

今年取得了以下研究成果。 1. 磁场下自旋冰化合物的液-气相变去年，我们发现，当对宏观简并态的自旋冰施加[111]方向的磁场时，简并态的Kagome冰为部分解决似乎是显而易见的。我们进一步对Kagome冰进行了研究，发现当Kagome冰的宏观简并性得到解决时，它在04K以下表现出液-气型相变。在局域自旋系统的有限磁场下。这是第一种转变的情况。2.自旋冰化合物在低温下的动态磁行为我们通过测量低温下的交流磁化率研究了自旋冰化合物Dy_2Ti_2O_7和Dy_2Sn_2O_7的动态磁行为。由于相关性的发展，人们发现弛豫时间的温度依赖性比热激活类型增加得更快。而且，弛豫时间在弛豫交叉区域几乎是恒定的。研究还发现，时间对各自旋冰化合物的影响很大，这不仅与磁各向异性和激发态有关，而且与受阻烧绿石氧化物Pr_2Sn_2O_7有关。3．到目前为止，我们发现烧绿石氧化物Pr_2Sn_2O_7在0.3 K左右表现出交流磁化率异常。我们对这种异常的起源进行了研究。交流磁化率的异常与测量频率有很强的相关性。磁化弛豫时间的增加大致与热激活型的温度依赖性一致。因此，在低于 0.1 K 时，超出了正常 DC 测量的时间范围，并且磁矩冻结。还表明其饱和磁化强度约为有效磁矩的一半，并且具有较强的单轴磁各向异性。这些结果表明Pr_2Sn_2O_7很可能是一种新的自旋冰化合物。

项目成果

松平 和之: "スピンアイスにおける磁場によって誘起される新しい巨視的縮退"日本結晶学会誌. Vol.46 No.1. 94-97 (2004)

Kazuyuki Matsudaira：“自旋冰中磁场引起的新宏观简并”，日本晶体学会杂志，第 46 卷，第 94-97 期（2004 年）。