Neutron scattering study of magnetic structure and metamagnetic transition between low- and high-moment states of NpNiGa

NpNiGaの磁気構造と高/低モーメント間のメタ磁性転移の中性子散乱による研究

本多 史憲; 目時 直人   ; 金子 耕士   ; 浄念 信太郎; 山本 悦嗣  ; 青木 大*; 本間 佳哉*; 芳賀 芳範   ; 塩川 佳伸*; 大貫 惇睦*

Honda, Fuminori; Metoki, Naoto; Kaneko, Koji; Jonen, Shintaro; Yamamoto, Etsuji; Aoki, Dai*; Homma, Yoshiya*; Haga, Yoshinori; Shiokawa, Yoshinobu*; Onuki, Yoshichika*

中性子回折実験によりNpNiGaの磁気構造,メタ磁性についての詳細な研究を行った。実験の結果NpNiGaは30K以下で強磁性(FM)、18K以下で自発磁化を持つcant反強磁性秩序(cAFM)を示すことを明らかにした。この物質のFM相では約0.5/NpのNpのモーメントがc軸を向いている。cAFM相では面内の反強磁性成分が成長し、隣り合うモーメント間が約80のcant相が出現する。さらにこの相に入ることでFM成分も突然増加してモーメントの大きさは約0.8/Npに増大することがわかった。cAFM相からFM相へのメタ磁性転移では、AFMが完全に消失し、強磁性成分も磁場中で減るため、Np自身のモーメントは0.5/Npにまで減少する。さまざまな磁場・温度で磁気モーメントの大きさ、cant角を詳しく調べた結果、cAFM-FM転移は単に磁気モーメントが傾くだけではなく、高いモーメント状態のFMと低いモーメント状態のcAFMの転移であることがわかった。また正方晶構造では単一イオン異方性を考えると容易軸は通常c軸に平行か垂直になるが、ここではcant構造が現れている点が興味深い。このようなcant磁性は5f電子の複数の軌道が絡んだ現象であると考えられるので、磁気モーメントの大きさの変化や、cant磁性の出現は5f電子状態の大きな変化によって引き起こされていると結論づけられる。

Systematic neutron scattering experiments have been carried out in order to reveal the magnetic properties of NpNiGa. We have observed successive ferromagnetic transitions with the magnetic moment parallel to the tetragonal -axis at = 30 K and 18 K. We have also observed antiferromagnetic reflections with the propergation vector = [1/2 1/2 1/2], coexisting with the ferromagnetic component below = 18 K. Spin polarized neutron scattering experiments have revealed that only Np carries a magnetic moment. We conclude that the magnetic moments of Np atoms exhibit simple ferromagnetic ordering for , while a canted antiferromagnetic structure appears for . The size of the Np magnetic moment 0.78 /Np at 3 K have been estimated. The temperature and the magnetic field dependences of these two components have also been quantitatively analyzed. (1) It is quite unusual that the Np total moment increases with the transition from the ferromagnetic to canted antiferromagnetic structure. (2) The metamagnetic transition cannot be explained in terms of a simple spin-flip mechanism with competing interactions and anisotropy. (3) Furthermore, unusual reduction of the Np magnetic moment has been accompanied by the metamagnetic transition. From these three results, we concluded that a remarkable change in the 5 electronic state was associated with the transition at and the metamagnetic transition between the ferromagnetic low-moment state and the canted antiferromagnetic high-moment state. An important role in the 5 itinerant system.