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TbMnO$$_3$$ の低エネルギー磁気励起

Low energy magnetic excitation in TbMnO$$_3$$

梶本 亮一 ; 三井 由佳利*; 吉澤 英樹*; 阿曽 尚文*; 新谷 寛*; 木村 剛*; 十倉 好紀*

Kajimoto, Ryoichi; Mitsui, Yukari*; Yoshizawa, Hideki*; Aso, Naofumi*; Shintani, Hiroshi*; Kimura, Tsuyoshi*; Tokura, Yoshinori*

${it R}$MnO$$_3$$は長周期磁気秩序相で強誘電性を示すことで最近注目されている。TbMnO$$_3$$ではスピンは${it T}$ $$_{N}$$=42Kで波数ベクトル$$mathbf{q}_mathrm{spin}=0.29mathbf{b}^*$$のサイン波的な非整合秩序を示すが、$$T_mathrm{C}=28$$Kでは磁気秩序が$$mathbf{q}_mathrm{spin}=0.28mathbf{b}^*$$の楕円型らせん秩序に変化するとともに強誘電性が生じる。われわれのこれまでの中性子散乱実験の結果、TbMnO$$_3$$では10K($$< T_mathrm{c}$$)においてA型反強磁性のゾーン全体にわたって磁気励起が存在し、その分散関係は$$mathbf{q}=mathbf{Q}-mathbf{G}$$($$mathbf{G}$$はゾーン中心)の小さいところを除いて、最近接間相互作用と次近接間相互作用の競合を取り入れたハイゼンベルクモデルでよく記述できることがわかった。さらに、$$mathbf{q}$$の小さいところには複雑な構造の励起が存在していることがわかったが、分解能の不足のために詳細な構造は不明であった。今回、TbMnO$$_3$$$$mathbf{q}$$の小さい領域における磁気励起を、分解能の高い冷中性子を用いた中性子散乱実験によって観測した。その結果、10Kにおいて磁気秩序の波数付近で図のような3つの分散を持つ特異な励起が観測された。一番上の分散はゾーン中心からゾーン境界まで連続しているのに対し、他の2本は$$mathbf{q}_mathrm{spin}$$で極小を持ち、$$mathbf{q}_mathrm{spin}$$より$$mathbf{q}$$が大きくなるにつれ急速に強度を失う。この磁気励起は楕円型らせん秩序という特殊な磁気秩序に起因する可能性がある一方で、電気分極あるいはフォノンと結合した新規な励起である可能性も期待される。

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