磁場中の中性子回折を利用したスピン間に働く交換相互作用の値の決定方法の確立

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研究目標は、スピン間に働く交換相互作用の値を、汎用的に、簡便に、正確に決定する方法の確立である。現在、Ni2V2O7の研究を行っている。この物質では、TN1 = 6.7 KとTN2 = 5.7 Kで磁気転移が起こるが、磁気構造は分かっていない。2 Kでは8から30 Tの間で1/2量子磁化プラトー（一種の常磁性状態）が見られる。2種類のNi2+サイト（Ni1とNi2）が存在する。スピンの値は1である。3種類の短いNi-Ni対が存在し、それらの交換相互作用をJ1, J2, J3.と表すことにする。交換相互作用の値については幾つかの報告例があるが、J1 = 1.0 K, J2 = -6.3 K, J3 = 78.5 Kが最も確からしい。最も強いJ3相互作用でNi1-Ni1の反強磁性ダイマーが形成され、J1とJ2相互作用でダイマーとNi2モノマーが弱く結合していると考えられる（ダイマー・モノマー模型）。2022年度に中性子回折の結果を解析した。ゼロ磁場では非整合な磁気構造が現れる。TN1とTN2の間の6.0KではNi2モーメントのみが秩序化し、モーメントがbに平行なスピン波構造となる。2.3KではNi1とNi2モーメントがともに秩序化し、モーメントがab面内のサイクロイド構造となる。Ni1とNi2モーメントの大きさは、それぞれ1.62と2.50muBで、Ni1において短縮が見られる。10 TでのNi1とNi2の磁場誘起磁気モーメントはそれぞれ、0.3と1.9 muBで、Ni1では小さい。以上の結果はダイマー・モノマー模型で期待される結果と一致する。スピン・ネマティック相が現れると考えられている6から8 Tで、磁気秩序の存在を示す磁気反射が見られたので、スピン・ネマティック相は無いと考えられる。