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Magnetic ordering process in the charge-frustrated ferroelectric system LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$

電荷フラストレート強誘電体物質LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$における磁気秩序過程

加倉井 和久; 池田 直*; 永井 聡*; 松田 雅昌; 石井 慶信; 大和田 謙二; 稲見 俊哉; 吉井 賢資  ; 村上 洋一*; 鬼頭 聖*; 山田 安定*

Kakurai, Kazuhisa; Ikeda, Naoshi*; Nagai, Satoshi*; Matsuda, Masaaki; Ishii, Yoshinobu; Owada, Kenji; Inami, Toshiya; Yoshii, Kenji; Murakami, Yoichi*; Kito, Hijiri*; Yamada, Yasusada*

電荷秩序したLuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$における異常磁気秩序過程が改3号炉に設置されたTAS-1及びTAS-2を使用した中性子散乱実験により明らかにされたので、報告する。(1)LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$では鉄イオンが六方称の二重層を構成する。鉄イオンが三角格子の配列を持つにもかかわらず、フェリ磁性的な成分を持つ強い2次元的反強磁性相関が存在し、T$$_{N}$$=242K以下で3次元秩序を起こす。(2)さらにT$$_{f}$$=177Kで層間の秩序が崩れ、新しいスピン凍結状態を示唆する磁気散乱が観測される。T$$_{f}$$における磁気秩序変化は顕著なヒステレジスを示すことが明らかにされた。この系において観測された磁気相関と電荷又は軌道自由度との関係を議論する。

We report in this paper an anomalous magnetic ordering process in the charge ordered LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$. The neutron scattering experiments were performed on TAS-1 and TAS-2 instruments installed at JAEA-JRR-3. The following results are obtained:1) Despite the triangular configuration a strong 2-D antiferromagnetic correlation with ferrimagnetic component in the double layer in the hexagonal plane develops to a 3-D order along the c-axis at T$$_{N}$$=242K.2) At around 177K there is another characteristic temperature T$$_{f}$$, where new type of broad magnetic peaks start to grow and at the same time the magnetic peaks already developed below T$$_{N}$$ also acquire finite line width, including the peaks due to the ferrimagnetic component. A strong hysteresis is observed at T$$_{f}$$. The existence of the anomalous magnetic ground state will be demonstrated and the possible relation to the orbital degree of freedom will be discussed.

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