三角格子反強磁性体の希釈効果の研究

準2次元三角格子反強磁性体のモデル物質でありデラフォサイト構造を持つCuFeO_2は、中性子散乱実験、メスバウアー効果などにより研究され、T_<n1>=16KとT_<n2>=11Kで逐次相転移を示し、低温相ではc軸方向にcollinearな4副格子磁気秩序を、中間相では1/5の磁気モーメントが常磁性状態であるcollinearな5副格子部分磁気秩序を、もつことが報告されていたが、CuFeO_2はその磁性イオンが軌道一重項のFe^<3+>でありハイゼンベルグスピン三角格子反強磁性体と見なせ、non-collinearな磁気構造が予想されるにもかかわらず上述したようにcollinearな磁気構造が安定であることは意外であった。このような複雑な磁気構造を支配しているスピンフラストレーションの効果を希釈によって制御し明らかにすることを目的とし、我々は、CuFe_<1-x>Al_xO_2(0.00【less than or equal】x【less than or equal】1.00)粉末試料を作成し、非磁性イオンAl^<3+>による希釈とともにどのように上述の磁気秩序が影響を受けるかを中性子散乱実験により調べて以下の実験結果が明らかになった。(1)磁気相図に示したように、わずか1%ほどの置換により4副格子相が消滅し、温度に弱く依存する伝播ベクトルQ【approximately equal】(0.2,0.2,0) を持つヘリカル磁気相(2)CuFeO_2(X=0.00)については、我々が作成した試料では、中間相はcollinearな5副格子相ではなく、上述したヘリカル磁気相であった。この磁気構造はハイゼンベルグスピン三角格子反強磁性体で期待されるものであり、上述した中間相の5副格子相は非常に微妙なバランスの上に存在していることを示唆している。(3)5%置換までの濃度領域で、僅かながら転位温度T_<n1>の上昇が見られた。これは、フラストレーションが部分的に解消されたことを示している。

準2次元三角格子反強磁性体のモデル物質でありデラフォサイト構造を持つCuFeO_2は、中性子散乱実験、メスバウアー効果などにより研究され、T_<n1>=16KとT_<n2>=11Kで逐次相転移を示し、低温相ではc軸方向にcollinearな4副格子磁気秩序を、中間相では1/5の磁気モーメントが常磁性状態であるcollinearな5副格子部分磁気秩序を、もつことが報告されていたが、CuFeO_2はその磁性イオンが軌道一重項のFe^<3+>でありハイゼンベルグスピン三角格子反強磁性体と見なせ、non-collinearな磁気構造が予想されるにもかかわらず上述したようにcollinearな磁気構造が安定であることは意外であった。このような複雑な磁気構造を支配しているスピンフラストレーションの効果を希釈によって制御し明らかにすることを目的とし、我々は、CuFe_<1-x>Al_xO_2(0.00【less than or equal】x【less than or equal】1.00)粉末試料を作成し、非磁性イオンAl^<3+>による希釈とともにどのように上述の磁気秩序が影響を受けるかを中性子散乱実験により調べて以下の実験結果が明らかになった。(1)磁気相図に示したように、わずか1%ほどの置換により4副格子相が消滅し、温度に弱く依存する伝播ベクトルQ【approximately equal】(0.2,0.2,0) を持つヘリカル磁気相(2)CuFeO_2(X=0.00)については、我々が作成した試料では、中間相はcollinearな5副格子相ではなく、上述したヘリカル磁気相であった。この磁気構造はハイゼンベルグスピン三角格子反強磁性体で期待されるものであり、上述した中間相の5副格子相は非常に微妙なバランスの上に存在していることを示唆している。(3)5%置換までの濃度領域で、僅かながら転位温度T_<n1>の上昇が見られた。これは、フラストレーションが部分的に解消されたことを示している。