スピンフラストレーションをもつ正スピネル型酸化物磁性体の磁気-構造相転移

具有自旋挫败作用的正尖晶石氧化物磁体的磁结构相变

• 批准号: 12740220
• 负责人: 籠宮 功
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12740220/
• 关键词: 3次元スピンフラストレーション; 格子歪み; 誘電異常; 誘電分散; 反強磁性クラスター; 一次相転移; スピンフラストレーション; 正スピネル; 反強磁性相転移; 短距離磁気秩序; 磁気Bragg反射; 電場磁場冷却効果; 格子変化

本研究では典型的な3次元スピンフラストレーション系であるZnCr_2O_4について、そのフラストレーションが解消する機構を明らかにするために格子変形と磁気秩序の関連性に注目し、誘電率、磁化率、X線回折、中性子回折の実験を行い、次の結果を得た。1.ZnCr_2O_4、は、反強磁性ネール温度T_N=12.5±0.5Kで格子の変化を伴う一次相転移をする反強磁性体であり、その磁気構造はq_1=(1/2 1/2 0)、q_2=(0 0 1/2)の2つの逆格子ベクトルで特徴づけられている。磁気反射の強度は冷却時に加えた磁場の方向に依存して、立法対称の下で等価な磁気ブラッグ反射の強度がそれぞれ変化する。特に磁場を[111]方向にかけたときその効果が大きい。逆に[001]方向の磁場冷却効果は存在しない。反強磁性相の結晶対称性は少なくとも斜方晶まで低下している。これによって、最隣接Cr-Cr相互作用は3種類に分かれ、その結果スピンフラストレーションが解消する。2.誘電率には、反強磁性ネール温度で誘電率が不連続な飛びを示す。また、それより高温の短距離磁気秩序が現れる温度範囲に、低周波誘電分散が存在する。反強磁性ネール温度での誘電率の異常は格子の変化が誘電性に影響を与えたものである。誘電分散は、モデルとして「局所的に生じる反強磁性クラスターが格子歪みも伴うことによって生じた誘電的に不均一な状態」を導入することによって定性的に説明できる。以上より、ZnCr_2O_4は、(1)通常の常磁性相から、(2)局所的な格子歪みを伴う反強磁性的なクラスターの共存する状態を経て、(3)ネール温度で、構造相転移を伴う一次相転移によって長距離反強磁性秩序を形成すると考えることができる。

In this study, the correlation between lattice shape and magnetic field order, permittivity, magnetic susceptibility, X-ray reflection and intermediate sub-reflection was studied and the results were obtained. 1. ZnCr_2O_4 antiferromagnetism occurs at T_N=12.5±0.5K. Lattice transformation is accompanied by a phase shift. The intensity of magnetic reflection depends on the direction of the applied magnetic field during cooling, and the intensity of magnetic reflection varies according to the law. Special magnetic field: [111] direction: The cooling effect of magnetic field in reverse direction [001] does not exist. The crystalline symmetry of the antiferromagnetic phase is low and rhombic. There are three kinds of Cr-Cr interactions, and the results are as follows: 2. Inductance, antiferromagnetism, temperature and conductivity High temperature and short-distance magnetic field systems exist in the temperature range, and low frequency induced dispersion exists. Anomalous lattice changes in the inductivity of antiferromagnetism The induction dispersion is explained in the following way: "The antiferromagnetic property of the local origin is not uniform." ZnCr_2O_4:(1) normal ferromagnetic phase transition,(2) lattice distortion associated with antiferromagnetic blue-shift state,(3) temperature, structural phase shift associated with primary phase shift, formation of long-distance antiferromagnetic order.

项目成果

Yoshiaki Hata: "Magnetic Neutron scattering of Frustrated System ZnCr_2O_4"J. Phys. Soc. Jpn.. 70Suppl. A. 195-196 (2001)

畑义明：“受抑体系ZnCr_2O_4的磁中子散射”J。

Isao Kagomiya: "Dielectric Anomaly of ZnCr_2O_4 of Antiferromagnetic Trarsition"J. Phys. Soc. Jpn.. (in press).

鹿宫功：“反铁磁转变的ZnCr_2O_4介电异常”。

M.Toki: "Dielectric Anomaly at Antiferromagnetic Transition of Frustrated System ACr_2O_4 (A=Mg, Zn or Cd)"The proceedings of the 8th International Conference on Ferrites (ICF8). (印刷中). (2001)

M.Toki：“受抑体系 ACr_2O_4（A=Mg、Zn 或 Cd）的介电异常”第八届国际铁氧体会议 (ICF8) 会议记录（2001 年出版）。