三角格子導電性酸化物における反強磁性秩序とカイラリティ秩序

三角晶格导电氧化物中的反铁磁序和手性序

基本信息

批准号：
09J00973
负责人：
高津浩
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

1.二次元三角格子磁性体PdCrO2の単結晶育成方法の確立これまでPdCrO2の単結晶の育成報告は一例もなかったが、約1年間にわたる試行錯誤の結果、フラックス法を用いることで単結晶が育成できることを見出した。更に、育成環境の最適化を行い、おそらく初めてPdCrO2の単結晶育成方法の確立に成功した。この結果は磁化率や電気抵抗率の本質的物性の解明に繋がっただけでなく、以下で詳しく述べるように二次元三角格子磁性体で初めて非従来型の異常ホール効果を発見する礎となった。2.PdCrO2における非従来型異常ホール効果の発見育成したPdCrO2の単結晶を用いて、磁場を[001]方向に印加し、電流を[110]方向に流した時のホール抵抗の磁場・温度依存性を調べた。その結果、局在Crスピンが120度構造に反強磁性秩序化するTN=37.5Kより低温のT*=20Kから、ホール抵抗の磁場依存性に従来のホール効果では説明できない非線形性を見出した。更に、T*では磁化率や比熱にも異常があることや、同構造で同価数・非磁性のPdCoO2のホール効果には40K以下の低温で非線形性が現れないことを明らかにした。これらの結果より、PdCrO2のT*以下のホール効果がスピン構造の変化と密接に関係する可能性を浮き彫りにした。これは近年フラストレート磁性金属のホール効果で注目されている「スピン配置の幾何学性」を起源とする新奇なホール効果と関係する可能性がある。これまで二次元三角格子系では、理論的にはマクロにそのようなホール効果は出現しないことが指摘されてきたが、実験的には適当なモデル物質がなかった為、明らかにされてこなかった。従って、本研究によりモデル物質PdCrO2を探し出し、初めて実験的にホール効果を検証した点は重要である。特に、単純な場合の理論予測とは異なり、明確な非従来型の異常ホール効果を見出した点は意義が深い。二次元三角格子は幾何学的フラストレート格子の中でも最も基本的な構造を持つ為、本成果は今後フラストレート磁性金属の磁性と導電性の相関を研究する上でも重要な情報を提供することが期待される。

1.二维三角晶格磁性材料PdCrO2单晶生长方法的建立迄今为止，还没有生长PdCrO2单晶的报道，但经过大约一年的反复试验，已经成为可能使用熔剂法生长单晶我发现它可以被培养。此外，通过优化生长环境，我们可能是第一次成功地建立了 PdCrO2 单晶的生长方法。这一结果不仅阐明了磁化率和电阻率的基本物理性质，而且为首次发现二维三角晶格磁性材料中的非常规反常霍尔效应奠定了基础，详细如下。 2.PdCrO2 中非常规反常霍尔效应的发现当生长的 PdCrO2 单晶在 [001] 方向施加磁场并且电流在 [110] 方向流动时，霍尔电阻的磁场/温度依赖性我研究了性别。结果，我们发现霍尔电阻的磁场依赖性无法用传统霍尔效应来解释，从 T* = 20K 开始，低于 TN = 37.5K，其中局部 Cr 自旋在以下位置变为反铁磁有序： 120度结构。此外，还揭示了T*的磁化率和比热存在异常，并且具有相同结构、等价非磁性的PdCoO2的霍尔效应在40K以下的低温下不出现非线性。这些结果强调了 PdCrO2 中低于 T* 的霍尔效应与自旋结构的变化密切相关的可能性。这可能与源自“自旋构型几何”的新型霍尔效应有关，该效应最近在受挫磁性金属的霍尔效应中引起了人们的关注。到目前为止，人们已经指出这种霍尔效应在二维三角晶格系统中不会在宏观尺度上出现，但由于缺乏合适的模型材料，这一点尚未得到实验证实。因此，本研究首次找到模型材料PdCrO2并通过实验验证霍尔效应具有重要意义。特别重要的是，与简单情况下的理论预测不同，我们发现了明显的非常规反常霍尔效应。由于二维三角形晶格是几何受挫晶格中最基本的结构，因此该结果将为未来研究受挫磁性金属的磁性和电导率之间的相关性提供重要信息。