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中性子強吸収体SmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$の結晶・磁気構造研究

Magnetic and crystal structure of strong neutron absorber SmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$

鬼柳 亮嗣 ; 山田 重樹*; 青木 博*; 佐賀山 基*; 茂吉 武人*; 中尾 朗子*; 有馬 孝尚*

Kiyanagi, Ryoji; Yamada, Shigeki*; Aoki, Hiroshi*; Sagayama, Hajime*; Moyoshi, Taketo*; Nakao, Akiko*; Arima, Takahisa*

RE$$_{1-x}$$AE$$_{x}$$MnO$$_{3}$$(RE=3価の希土類、AE=2価のアルカリ土類)で表されるMn酸化物は、巨大磁気抵抗に代表される様々な物性を示す物質群として盛んに研究が行われている。SmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$はAサイトが秩序化したダブルペロブスカイト型構造をもち、380Kで電荷-軌道の秩序化、200K付近で電荷-軌道秩序の再編と反強磁性相転移を起こす。また、10K付近においても帯磁率に異常が観測されている。本研究では、SmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$の反強磁性相や相転移の詳細を調べるため、J-PARC/MLFの単結晶装置SENJUを用いて単結晶回折実験を行った。測定の結果、中性子吸収断面積の非常に大きなSmが入っているにも関わらず、広い範囲の逆格子マップを得ることができ、180K以下で磁気超格子反射が観測された。また、超格子反射の温度変化により、200K付近の反強磁性相転移温度と電荷-軌道秩序の再編の温度はわずかに異なることが明らかとなった。

Manganites represented as RE$$_{1-x}$$AE$$_{x}$$MnO$$_{3}$$ (Re = trivalent rare earth, AE = divalent alkaline earth) has drawn great attention because of their fascinating and variety of physical properties. SmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$ is one kind with Sm and Ba ordered at A-site. This material exhibit a charge-orbital ordering at 380K, another charge-orbital ordering and an antiferromagnetic phase transition around 200K, and an anomaly was also observed at 10K in a magnetic susceptibility data. In order to clarify the detail of the phase transition around 200K and 10K, a single crystal of SmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$ was measured on the single crystal diffractometer at J-PARC/MLF, SENJU. The measurement revealed the existence of magnetic superlattice reflections below 180K, which indicated the CE-type spin ordering pattern, which is most commonly seen in this type of materials. A careful measurement of the superlattice reflections clarified that the charge-orbital ordering occurred slightly above the antiferromagnetic phase transition temperature.

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