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新奇量子磁性を示す遷移金属水酸塩化物の純良単結晶作製と磁気相関の解明

具有新型量子磁性的过渡金属氢氧化物氯化物纯单晶的制备及磁相关性的阐明

基本信息

批准号：
20046012
负责人：
鄭旭光
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Saga University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

磁気的相互作用が均一でも幾何学的空間配置に起因してフラストレーションが生じ得る。最近、これら構造の新奇磁性が注目されている。Harrisらによって4面体スピン配置をもつ希土類強磁性体パイロクロアHo_2Ti_2O_7においてスピンアイスという従来予想外の状態が報告され、また同物質系の反強磁性体では量子液体状態の可能性が示唆され、これら均一結晶系での新しい量子相の性質が強い関心を集め、磁性研究のもっとも活発なトピックの一つになっている。申請者は研究開始前年度に銅水酸塩化物-Cu_2(OH)_3Cl(鉱物名clinoatacamite)が新しい幾何学的フラストレーション磁性物質であることを発見し、TN=18.1Kで一旦全スピンが長距離反強磁性に転移しながら、6K直下でスピン揺らぎ状態に転じ、更により低温では長距離秩序とスピン揺らぎ状態の共存状態へ転移し、この共存状態が20mKでも続くという非常に不思議な連続相転移を観察した。このdeformed pyrochlore構造は他の水酸塩化物M_2(OH)_3X(M=磁性イオン、X=ハロゲンイオン)に広く存在していることをX線構造解析によって得たことから、本研究はこの新しい幾何学的フラストレーション系を系統的に調べ、新奇量子相の解明と共に、磁気秩序とスピン揺らぎの共存の機構解明を研究目的とした。研究成果として多くの水酸塩化物M_2(OH)_3Xの新規物質を合成し、豊富な磁性を発見した。例えばコバルトイオンの水酸塩化物Co_2(OH)_3Clではスピン揺らぎを伴った強磁性状態が見られた一方、Ni_2(OH)_3Clではダイナミックな反強磁性秩序という既存の理論では説明できない磁気秩序を見出した。これらの新物質において磁性が多彩であり、また、四面体の僅かな歪みの変化で磁性が劇的に変わる。スピン液体状態と反強磁性秩序の共存を示したCu_2(OH)_3Cl、スピン揺らぎと磁性秩序の共存を示したCO_2(OH)_3Cl、新奇なダイナミックな反強磁性秩序を示したNi_2(OH)_3Clと合わせて、本水酸塩化物シリーズにおける量子状態と新奇秩序がフラストレーションの物理に貢献しており、内外において他の研究グループによる後続研究も続けられている。

The interaction of magnetic particles is caused by uniform geometric spatial configuration. Recently, the structure of the novel magnetic field has attracted much attention. Harris designed a tetrahedral configuration for rare earth-like ferromagnetics, such as Ho_2Ti_2O_7, to report unexpected states, to indicate the possibility of quantum liquid states for antiferromagnetics of the same material system, to focus on the properties of new quantum phases in homogeneous crystalline systems, and to study magnetic properties. Applicant: Cuprohydrate-Cu_2(OH)_3Cl for the year prior to study start (clinoatacamite) A new geometry of magnetic matter, TN=18.1K, long-distance antiferromagnetism shifts at 6K, low-temperature, long-distance order, blue-shift state. The blue shift state is 20mK, and the phase shift is very unexpected. The structure of this deformed pyrochlore exists in the X-ray structural analysis of other hydrates M_2(OH)_3X(M= magnetic, X= magnetic). The purpose of this study is to investigate the systematic modulation of new geometric systems, the solution of novel quantum phases, the solution of magnetic order and the mechanism of blue shift. The results of this study show that the synthesis and magnetic properties of a new compound M_2(OH)_3X are rich. For example, Ni_2 (OH)_3Cl and Ni_2 (OH)_3Cl are the ferromagnetic state of the hydrate. Ni_2(OH)_3Cl and Ni_2(OH)_3Cl are the ferromagnetic state of the hydrate. This new material is magnetic, colorful, tetrahedral, and magnetic. The blue shift of antiferromagnetic order in liquid state and magnetic order is shown by Cu_2(OH)_3Cl, Ni_2 (OH)_3Cl, Cu_2 (OH)_3Cl, Ni_2(OH)_3Cl)_3, Ni The internal and external research team will be responsible for the future research.