Pressure-induced weak ferromagnetism in uranium dioxide, UO

ウラン酸化物UOにおける圧力誘起弱い強磁性

酒井 宏典; 加藤 治一; 徳永 陽  ; 神戸 振作  ; Walstedt, R. E.; 中村 彰夫; 立岩 尚之*; 小林 達生*

Sakai, Hironori; Kato, Harukazu; Tokunaga, Yo; Kambe, Shinsaku; Walstedt, R. E.; Nakamura, Akio; Tateiwa, Naoyuki*; Kobayashi, Tatsuo*

立方晶蛍石型結晶構造をもつウラン酸化物UOは、イオン性結晶であり、絶縁体である。この酸化物は、Uイオン()に対応する局在磁気モーメントを有し、常圧下において、=30.8Kにおいて反強磁性秩序を示す。また、この転移は微小な格子変形を伴う一次転移であることが知られている。このことから、この転移は電気的四重極相互作用と磁気的交換相互作用との競合により引き起こされていると考えられる。この競合関係を明らかにするため、われわれは約1GPaまでの高圧下における直流帯磁率の測定をピストンシリンダー型の高圧セルを用いて行った。高圧下においてUOは弱強磁性的な振る舞いを以下において示した。は、約1GPaまで変化しない。このときの磁気モーメントはウランあたり約0.05と微小ながら、加圧に応じて大きくなることがわかった。この小さな磁気モーメントは傾角反強磁性秩序からもたらされている可能性がある。

The cubic-fluorite type uranium dioxide UO is an ionically bounded insulator with localized magnetic moments of U (5) ions. Under atmospheric pressure, UO exhibits a first order antiferromagnetic transition at =30.8 K accompanied by a small lattice distortion. In order to clarify the interrelation between QQ and exchange interactions in this system, we performed d.c. magnetization measurement under high pressure up to about 1 GPa by a piston-cylinder-type cramped cell. From the d.c. magnetization measurements under high pressure ( 0.1 GPa), it is found that UO shows a weak-ferromagnetic-like transition at 30 K, where the transition temperature is almost independent of external pressure up to 1 GPa. The ferromagnetic component per uranium atom is very small (), although its component is dependent of pressure. This small ferromagnetic component may come from a canted antiferromagnetic ordering.