スピングラスとナノ磁性粒子系におけるガラス的振舞-実験とシミュレーション

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1]ナノサイズ強磁性粒子の磁化は、粒子の磁気異方性で決まるエネルギー障壁を熱活性化過程で乗り越える過程でその向きを変える(超常磁性)。その特性時間は、通常のスピングラスの微視的スピンの反転時間スケールに比べて数桁以上大きい。a)このようなナノ粒子が互いに近距離に閉じ込められた系では、ナノ粒子モーメント間の双極子相互作用のため系全体としてスピングラス的特性を示す。特にそのガラス的振舞いの時間スケールは、モデルスピングラスに対する数値シミュレーションで再現できる時間スケールに近づく。この点を踏まえて、Fe-N強磁性ナノ粒子系が示すエイジング現象を詳しく調べ、温度変化の大きさが転移温度の数%以内であるような温度シフト過程、温度サイクル過程において、若返り効果は見られないこと、エイジングの記憶が累加的に保たれること、但し、温度変化直後には特徴的な遷移現象(Kovacs効果)が見られることなどを明らかにした(投稿論文準備中、一部を磁気国際会議2003で発表)。b)ナノ粒子が十分希釈であると、個々の粒子モーメントは互いに独立に振舞うが、粒子サイズに分布があり、従って、その緩和時間(ブロッキング温度)に分布があることだけで、系全体としてはきわめて微妙な記憶効果を示し得ることを、粒子モーメントに対するマスター方程式に基づき明らかにした(投稿論文準備中)。2]低温スピングラス相の実体解明が未だに進まない理由の一つは、スピングラス相関長を直接実験的に観測できない点にある。ナノサイズのスピングラスを用意できれば、系のサイズ効果から相関長を見積もれるものと期待される。この線に沿った共同研究を慶応大学佐藤教授グループと進めているが、粒子サイズを揃えた系の作成法が難しく、決定的な結論を得るに到っていない。3]本研究代表者が行った3次元イジングスピングラス模型のモンテカルロシミュレーションでは、スピングラス相は一様磁場に対して不安定であり、微小磁場でも系の平衡状態は常磁性になるとの結論が導かれている。これを実験的に検証する目的で、イジングスピングラスFe_xMn_(1-x)TiO_3の磁場中エイジング過程の実験も進めている。同一磁場に対する、磁場中冷却磁化とゼロ磁場冷却磁化がずれ始める温度が冷却速度に依存することや、このずれ温度を交流磁化率で見たときの周波数依存性について解析したところ、シミュレーションとよく符合する結果が得られている(投稿論文準備中、一部を米国物理学会2004で発表)。