Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

分子性結晶 / スピン / 構造相転移 / 磁場 / スピン格子結合 / 磁場誘起相転移 / 磁化プラトー / スピン格子分離 / 固体酸素 / 磁歪 / 分子性固体 / 強磁場 / X線回折 / 磁気熱量効果 / 分子生固体

固体酸素の磁場ー温度（B-T）相図を決定した。これまで未解明であった、αーβ、βーγ相境界は磁気熱量効果によって初めて決定できた。さらに、強磁場θ相と、γ相、β相の三重点も決定した。また、ファイバーブラッググレーティングを用いて磁歪測定手法を開発し、LaCoO3のスピン状態転移を磁場誘起構造相転移として初めて観測した。この手法はカゴメ格子の１つであるボルボサイトにも適用した。有機スピンラダー物質のBIP-BNO(S=1/2)とBIP-TENO(S=1)について強磁場磁化過程を明らかにし、強いスピンー格子結合とその動的特性によって、S=1では特異な磁化過程が現れることを見出した。

固体酸素の磁場ー温度相図を初めて明らかにし、スピンによる分子立体配置制御が分子性固体の性質をコントロール可能であることを明確に示した。分子性固体はその結晶の多様性から機能デバイスへの応用においても重要であり、スピンを介した磁気デバイスへの拡大においても重要な成果である。さらに、S=1のスピンラダー物質BIP-TENOでは、マイクロ秒の高速磁場掃引でのみ現れる量子状態（磁化プラトー状態）が見出された。磁歪の磁場掃引速度依存性から、スピン格子結合を介した磁場誘起の分子配置ダイナミクスがその理解に重要であると予想した。分子性結晶において非平衡状態を利用した量子状態制御の可能性を見出した。

希工類金属 / X線回折 / 磁気相転移 / 磁気相図 / 格子変調 / 磁気弾性効果 / 磁歪 / 希土類金属 / 結晶格子変調 / ペロフスカイト / 電荷整列 / 比熱

磁場誘起結晶相転移を引き起こす様々な物質のうち、まず希土類金属をとりあげ、Dy,Ho及びErの磁場誘起相転移を調べた。
(1) Dyのヘリカル領域のc軸格子定数の磁場依存を測定し、ヘリックスからファン磁気構造への転移を調べた。その結果、低温側ではc軸格子定数が不連続、即ち1次相転移であるのに対し、ネール温度近傍では2次相転移に変化することがわかった。また、ヘリカル領域では結晶格子の変調構造が見いだされた。
(2) Hoは、ある磁場範囲でへリファン磁気構造があらわれる。これに伴い結晶が変化することを観測したが、同時に、結晶の格子変調の存在が磁場中X線回折によって見出された。ここで現れるヘリックス、へリファン構造に伴う格子変調の磁場及び温度についての出現範囲、性質を詳細に調べた。
(3) Erの単結晶の磁化困難軸方向に磁場をかけた場合の磁気相図を調べた。X線では磁気構造の変化に伴う結晶構造の変化を直接観測する。結晶変化は単に格子定数や構造変化だけでなく、磁気モーメントの変調に伴った格子の変調の磁場に対する変化を見いだした。これらを、さまざまな磁場と温度について詳細に観測し、磁気相図を決めることが出来た。
(4) 以上の実験結果に対して、磁気弾性相互作用を仮定して、格子変調や格子定数の不連続変化を説明することができた。また、特にErの場合には、中性子回折では不明確であった磁気構造を、格子変調の振る舞いから推定することができた。

【研究分担者】
小林達生	岡山大学	自然科学研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
若林信義	慶應義塾大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)
下村晋	慶應義塾大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)