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Spin-lattice instability to a fractional magnetization state in the spinel HgCr$$_{2}$$O$$_{4}$$

スピネル磁性体HgCr$$_{2}$$O$$_{4}$$の磁化プラトー状態におけるスピン-格子不安定性

松田 雅昌; 植田 浩明*; 吉川 明子*; 田中 良和*; 勝又 紘一*; 鳴海 康雄*; 稲見 俊哉; 上田 寛*; Lee, S.-H.*

Matsuda, Masaaki; Ueda, Hiroaki*; Kikkawa, Akiko*; Tanaka, Yoshikazu*; Katsumata, Koichi*; Narumi, Yasuo*; Inami, Toshiya; Ueda, Yutaka*; Lee, S.-H.*

フラストレート反強磁性体は、磁性と構造の自由度が相互に深くかかわり合い、興味ある現象を示すことが大きな特徴である。特にACr$$_{2}$$O$$_{4}$$(A=Hg, Cd)は磁場中の広い領域で磁化1/2のプラトー状態を示すことが磁化の研究から明らかになっている。この現象はスピン格子相互作用に起因していることが理論的研究から示唆されていたが、実験はまだ行われていなかった。われわれは、HgCr$$_{2}$$O$$_{4}$$粉末を用いて磁場中での中性子回折実験とX線回折実験を行った。その結果、プラトー状態ではP4$$_{3}$$32の対称性を持つ磁気構造が安定になるように結晶構造もP4$$_{3}$$32の対称性を持つ構造に転移することを明らかにした。これは、フラストレート反強磁性体における強いスピン-格子相互作用をあらわす重要な結果である。

Cr-CrCr-based spinel compounds ACr$$_{2}$$O$$_{4}$$ (A=Mg, Zn, Cd, and Hg) are so far the best model systems for a network of corner-sharing tetrahedrons with isotropic nearest-neighbor antiferromagnetic interactions. The systems exhibit novel spin-Peierls phase transitions from cubic spin liquid to non-cubic N$'e$el states at low temperatures. Recent bulk magnetization studies on CdCr$$_{2}$$O$$_{4}$$ and HgCr$$_{2}$$O$$_{4}$$ revealed the magnetic field-induced half magnetization plateau states that are stable over a wide range of field. Recent bulk magnetization studies on CdCr$$_{2}$$O$$_{4}$$ and HgCr$$_{2}$$O$$_{4}$$ revealed the magnetic field-induced half magnetization plateau states that are stable over a wide range of field.

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分野:Physics, Multidisciplinary

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