電気分極を示す電荷・スピンフラストレート積層三角格子物質LuFeOの中性子散乱研究

Neutron scattering studies on ferroelectric, charge and spin frustrated layered triangular system LuFeO

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LuFeO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。この物質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=242K以下で3次元秩序を起こす。さらにT=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。またc-軸方向に磁場をかけると、Tが低温に変化し、3T以上の磁場ではこの異常が消失することが観測された。

The observation of an anomalous magnetic ordering process in the charge ordered LuFeO by means of neutron scattering is reported. The neutron scattering experiments were performed on TAS-1 and TAS-2 instruments installed at JAEA-JRR-3. 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=242K. At around 177K another characteristic temperature T was discovered where new type of broad magnetic peaks start to grow and at the same time the magnetic peaks already developed below T also acquire finite line width, including the peaks due to the ferrimagnetic component. Field dependence of T was investigated. Upon applying the field perpendicular to the layer plane, T decreases and vanishes above 3T. The existence of the anomalous magnetic ground state will be demonstrated and discussed.