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Neutron powder diffraction study on the crystal and magnetic structures of BiCoO$$_3$$

中性子回折によるBiCoO$$_3$$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$$_3$$の結晶構造と磁気構造を、T=5$$sim$$520K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$$_3$$は測定したすべての温度範囲で、BaTiO$$_3$$, PbTiO$$_3$$と同形の結晶構造である。BiCoO$$_3$$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$$^{3+}$$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$$mu$$$$_{{it B}}$$,300Kで2.92$$mu$$$$_{{it B}}$$である。またBiCoO$$_3$$の化学量論比からのずれがないことが確認された。BiCoO$$_3$$は大気中、720K以上ではCo$$_3$$O$$_4$$とBi$$_{25}$$CoO$$_{39}$$に分解する。

The crystal and magnetic structures of polycrystalline BiCoO$$_3$$ have been determined by the Rietveldmethod from neutron diffraction data measured at temperatures from 5 to 520 K. BiCoO$$_3$$ (space groupP4mm; Z=1; a=3.72937(7) $AA and c=4.72382(15) AA at room temperature; tetragonality c/a=1.267)is isotypic with BaTiO$_3$$ and PbTiO$$_3$$ in the whole temperature range. BiCoO$$_3$$ is an insulator with a Neeltemperature of 470 K. A possible model for antiferromagnetic order is proposed with a propagationvector of k=(1/2, 1/2, 0). In this model, magnetic moments of Co$$^{3+}$$ ions are parallel to the c directionand align antiferromagnetically in the ab plane. The antiferromagnetic ab layers stack ferromagneticallyalong the c axis, forming a C-type antiferromagnetic structure. Refined magnetic moments at 5 and 300K are 3.24(2)$$mu$$$$_B$$ and 2.93(2)$$mu$$$$_B$$, respectively. The structure refinements revealed no deviation fromstoichiometry in BiCoO$$_3$$. BiCoO$$_3$$ decomposed in air above 720 K to give Co$$_3$$O$$_4$$ and sillenite-like Bi$$_{25}$$CoO$$_{39}$$.

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分野:Chemistry, Physical

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