超強磁場発生装置を用いた幾何学的フラストレート磁性体の磁気相探索

使用超强磁场发生器搜索几何受挫磁性材料中的磁相

基本信息

批准号：
11J08766
负责人：
宮田敦彦
金额：
$ 0.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

幾何学的フラストレート磁性体は、超強磁場環境で新奇な磁気現象を発現すると考えられており、興味が持たれている。しかし、超強磁場極限環境(100T以上)においてフラストレーションがもたらす物性の解明には、実験の困難さから未開拓の分野となっている。そこで、磁気光学的手法を用いることにより幾何学的フラストレート磁性体の超強磁場物性を調べた。平成23年度においては、電磁濃縮法を用いた600T級の磁気光学分光測定システムを構築し、ZnCr204において新奇な磁気相を観測した。この磁気相がクロムスピネル酸化物において普遍的に存在するのか調べるために、平成24年度では、CdCr204の飽和磁化近傍の振る舞いを調べた。この物質では、ファラデー回転測定によって過去に磁化曲線は得られていたが、飽和磁化近傍に明瞭な異常は観測されていなかった。今回、結晶構造を反映するd-d遷移と磁気構造を反映するエキシトン-マグノン遷移の光吸収強度変化に着目することによってZnCr_2O_4と同様に新奇な磁気相が存在することを明らかにした。また、ボソン描像で捉えることにより、この新奇な磁気相は磁気的な超流動相に対応すると推測した。飽和磁化近傍では磁気構造の対称性は良くなると考えられるので、アンブレラ型の磁気構造もしくはスピンネマティック相が実現する可能性を提案している。また、結晶格子と結晶の次元を変え、スピン_格子結合の寄与がある物質群において類似の磁気相が存在するのか調べるため、クロムイオンが三角格子を形成する反強磁性体CuCrO_2に着目し、試料合成及び超強磁場下磁気光学測定に取り組んだ。現在のところ、80Tと130T近傍で光吸収強度の異常を観測しているが、詳細な研究は今後の課題である。

几何挫败磁性材料引起人们的兴趣，因为它们被认为在超强磁场环境中表现出新颖的磁性现象。然而，由于实验困难，阐明在极强磁场环境（超过 100 T）中受挫所引起的物理特性仍然是一个尚未探索的领域。因此，我们利用磁光技术研究了几何受挫磁性材料的超强磁性。 2011财年，我们利用电磁聚光法构建了600T级磁光光谱测量系统，并在ZnCr204中观察到了新型磁性相。为了研究这种磁性相是否普遍存在于铬尖晶石氧化物中，2012年我们研究了CdCr204在其饱和磁化强度附近的行为。该材料的磁化曲线之前已通过法拉第旋转测量获得，但在饱和磁化强度附近没有观察到明显的异常现象。这次，通过关注反映晶体结构的dd跃迁和反映磁结构的激子-磁振子跃迁的光吸收强度的变化，我们发现存在一种类似于ZnCr_2O_4的新型磁性相。此外，通过在玻色子图片中捕获它，我们推断出这种新颖的磁性相对应于磁性超流体相。由于磁结构的对称性被认为可以改善近饱和磁化强度，因此我们提出了实现伞型磁结构或自旋向列相的可能性。此外，为了改变晶格和晶体尺寸并研究一组有助于自旋晶格耦合的材料中是否存在类似的磁相，我们重点研究了反铁磁材料CuCrO_2，其中铬离子形成三角晶格从事超强磁场下的样品合成和磁光测量。目前，在80T和130T附近已经观察到光吸收强度的异常，但详细的研究是未来的课题。