Frustrated minority spins in GeNiO

GeNiOにおけるフラストレートした少数のスピン

松田 雅昌; Chung, J.-H.*; Park, S.*; 佐藤 卓*; 松野 謙一郎*; 香取 浩子*; 高木 英典*; 加倉井 和久; 蒲沢 和也*; 角田 頼彦*; 籠宮 功*; Henley, C. L.*; Lee, S.-H.*

Matsuda, Masaaki; Chung, J.-H.*; Park, S.*; Sato, Taku*; Matsuno, Kenichiro*; Katori, Hiroko*; Takagi, Hidenori*; Kakurai, Kazuhisa; Kamazawa, Kazuya*; Tsunoda, Yorihiko*; Kagomiya, Isao*; Henley, C. L.*; Lee, S.-H.*

GeNiOは立方晶スピネル構造を有しており、低温でNiモーメント(=1)が反強磁性長距離秩序を示す。(この物質は構造相転移を起こさず、磁気秩序相でも立方晶のままである。)比熱や磁化の測定により、磁気転移が=12.1Kと=11.4Kで起こることがわかっている。この逐次磁気相転移は、磁気フラストレーションに由来しているものと予想される。われわれは、中性子散乱実験により2つの磁気相における磁気構造を調べた。その結果、以下ではカゴメ格子面内のスピンのみが磁気秩序化することがわかった(部分無秩序相)。磁気配列は面内が強磁性的で、面間が反強磁性的である。以下では三角格子面内のスピンの秩序化も加わることがわかった。

Recently, two consecutive phase transitions were observed, upon cooling, in an antiferromagnetic spinel GeNiO at K and K, respectively. Using unpolarized and polarized elastic neutron scattering we show that the two transitions are due to the existence of frustrated minority spins in this compound. Upon cooling, at the spins on the 111 kagom planes order ferromagnetically in the plane and antiferromagnetically between the planes (phase I), leaving the spins on the 111 triangular planes that separate the kagom planes frustrated and disordered. At the lower , the triangular spins also order in the 111 plane (phase II). We also present a scenario involving exchange interactions that qualitatively explains the origin of the two purely magnetic phase transitions.