Spiral spin structure in the Heisenberg pyrochlore magnet CdCrO

ハイゼンベルグパイロクロア磁性体CdCrOのスパイラルスピン構造

松田 雅昌; 武田 全康  ; 中村 充孝   ; 加倉井 和久; 大沢 明*; Lelivre-Berna, E.*; Chung, J.-H.*; 植田 浩明*; 高木 英典*; Lee, S.-H.*

Matsuda, Masaaki; Takeda, Masayasu; Nakamura, Mitsutaka; Kakurai, Kazuhisa; Osawa, Akira*; Lelivre-Berna, E.*; Chung, J.-H.*; Ueda, Hiroaki*; Takagi, Hidenori*; Lee, S.-H.*

CdCrOはスピネル型構造をしており、正四面体の頂上にあるCrモーメント間に幾何学的フラストレーションが存在している。非偏極中性子回折実験を行ったところ、転移温度7.8K以下で波数ベクトル=(0, , 1)( 0.09)を持つ非整合磁気構造をとることがわかった。転移点において軸が伸びて、立方晶から正方晶への構造相転移も同時に起こっている。一次元偏極中性子回折実験により、スピンの容易軸(あるいは面)を調べたところ、容易面が面であることがわかった。この結果から、基本構造は面を容易面とするスパイラル構造であることが示唆される。さらに詳細な構造を調べるために、TAS-1に設置されたCRYOPADを用いて三次元偏極中性子解析を行った。その結果、磁気構造が単純な円形のスパイラル構造ではなく、楕円形のスパイラル構造をとっていることが明らかになった。

A frustrated spinel CdCrO undergoes a three-dimensional spin-Peierls transition at = 7.8 K from a cubic paramagnetic to a tetragonal Nel state. The Nel state has a spiral magnetic structure with a characteristic wave vector of when the axis elongated. Here we report our spherical neutron polarimetry experiments to investigate the spiral spin structure in detail. Our results indicate that the spins lie in the plane perpendicular to the direction of the spiral modulation. We also found that the spiral structure in the plane is elliptical with the -component larger by 24% than the -component, suggesting a strong coupling between the magnetic structure and structural distortion. Unpolarized neutron diffraction under an external magnetic field has also been performed. The magnetic field dependence suggests existence of magnetic anisotropy in the Nel state, which is consistent with our previous inelastic studies.