Neutron powder diffraction study on the crystal and magnetic structures of BiCoO

中性子回折によるBiCoOの結晶構造と磁気構造の研究

Belik, A. A.*; 飯久保 智; 樹神 克明   ; 井川 直樹   ; 社本 真一  ; 新高 誠司*; 東 正樹*; 島川 祐一*; 高野 幹夫*; 泉 富士夫*; 室町 英治*

Belik, A. A.*; Iikubo, Satoshi; Kodama, Katsuaki; Igawa, Naoki; Shamoto, Shinichi; Niitaka, Seiji*; Azuma, Masaki*; Shimakawa, Yuichi*; Takano, Mikio*; Izumi, Fujio*; Muromachi, Eiji*

BiCoOの結晶構造と磁気構造を、T=5520Kで測定した粉末中性子回折データのリートベルト解析によって決定した。BiCoOは測定したすべての温度範囲で、BaTiO, PbTiOと同形の結晶構造である。BiCoOは絶縁体で、ネール温度470Kである。この反強磁性秩序に対して、伝播ベクトルk=(1/2, 1/2, 0)のモデルを提案した。このモデルではCoイオンの磁気モーメントが、c軸方向には平行に、ab面内には反強磁性的に整列している。つまり反強磁性秩序したab面がc軸方向に強磁性的に積み重なり、C型の反強磁性磁気構造を形成している。精密化された磁気モーメントの値は5Kで3.24, 300Kで2.92である。またBiCoOの化学量論比からのずれがないことが確認された。BiCoOは大気中、720K以上ではCoOとBiCoOに分解する。

The crystal and magnetic structures of polycrystalline BiCoO have been determined by the Rietveldmethod from neutron diffraction data measured at temperatures from 5 to 520 K. BiCoO (space groupP4mm; Z=1; a=3.72937(7) and c=4.72382(15) at room temperature; tetragonality c/a=1.267) is isotypic with BaTiO and PbTiO in the whole temperature range. BiCoO is an insulator with a Neeltemperature of 470 K. A possible model for antiferromagnetic order is proposed with a propagationvector of k=(1/2, 1/2, 0). In this model, magnetic moments of Co ions are parallel to the c directionand align antiferromagnetically in the ab plane. The antiferromagnetic ab layers stack ferromagneticallyalong the c axis, forming a C-type antiferromagnetic structure. Refined magnetic moments at 5 and 300K are 3.24(2) and 2.93(2), respectively. The structure refinements revealed no deviation fromstoichiometry in BiCoO. BiCoO decomposed in air above 720 K to give CoO and sillenite-like BiCoO.