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Neutron scattering and magnetization studies of Ba$$_{2}$$Cu$$_{2.95}$$Co$$_{0.05}$$O$$_{4}$$Cl$$_{2}$$; A Decorated two-dimensional antiferromagnet

2次元反強磁性体Ba$$_{2}$$Cu$$_{2.95}$$Co$$_{0.05}$$O$$_{4}$$Cl$$_{2}$$の磁化測定と中性子散乱

Ramazanoglue, M. K.*; Clegg, P. S.*; 脇本 秀一  ; Birgeneau, R. J.*; 野呂 住子*

Ramazanoglue, M. K.*; Clegg, P. S.*; Wakimoto, Shuichi; Birgeneau, R. J.*; Noro, Sumiko*

Ba$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{4}$$Cl$$_{2}$$は、2つのCu正方格子が重なったCu$$_{2}$$O$$_{3}$$面を持ち、それらの互いに異なる正方格子に属するCuスピン間の相関は強くフラストレートしていることが知られている。本研究では、この系のCuの一部をCoに置換した試料の磁気構造を、磁化測定と中性子散乱実験により調べた。結果として、Co置換は2つのCu正方格子各々の振る舞いには大きな変化を与えないものの、2つの正方格子間の相関には強く影響することが明らかとなった。2つの正方格子は各々320Kと30Kで磁気秩序を示すが、それらの中間温度では新たにスピングラスの振る舞いが観測された。ドープされたCoイオンが周りのスピンを面内に歪ませ、ローカルなスピンクラスターを形成し、そのクラスター間のフラストレーションからグラス的な振る舞いを示していると解釈できる。

Ba$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{4}$$Cl$$_{2}$$ has two penetrating square Cu sublattices, one with square root 2 times the in-plane spacing of the other. Isotropic magnetic interactions between the two sublattices are completely frustrated. Quantum fluctuations resolve the intrinsic degeneracy in the ordering direction of the more weakly coupled sublattices in favor of collinear ordering. We present neutron scattering and magnetization studies of the magnetic structure when the Cu ions are substituted with Co. The Co pairs create new magnetic interactions between the two sublattices. The ordering behavior of both Cu sublattices is retained largely unmodified. Between the phase transitions of the two sublattices spin-glass behavior is observed. Magnetization results show a strong enhancement to the ferromagnetic aspect of the magnetic structure. The combination of glassy behavior and large moments strongly suggest that the Co moments induce the formation of local canted states.

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パーセンタイル:6.65

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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