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Magnetic phase transition and magnetic structures in SmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$

SmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$における磁気相転移と磁気構造

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*

ペロブスカイト型構造をもつMn酸化物は電荷,軌道,スピンの競合により多彩な秩序やそれに伴う物性を示すことから、高い注目を集めている物質の一つである。ReBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$で表わされる物質は、ペロブスカイト型構造のAサイトが秩序化したダブルペロブスカイト型構造をとり、Reの原子種に依存し複雑な相転移を示すことが知られている。Re=SmのSmBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$は高温から低温にかけて2度の電荷-軌道の秩序化及び再編と2度の磁気異常を示す。この磁気異常は反強磁性相転移や内部の磁気構造の変化に対応していると考えられているが詳細はわかっていなかった。本研究では、反強磁性相での磁気構造と、電荷-軌道の秩序化との相関を明らかにするため、中性子磁気散乱を用いた研究を行った。測定はJ-PARC/MLFの中性子単結晶回折装置SENJUを用いて行った。測定の結果、反強磁性相の磁気秩序化に伴う磁気反射が観測され、電荷-軌道の秩序化パターンと整合する磁気秩序パターンが実現されていることがわかった。また、最低温での磁気異常は、スピンの向きが回転することにより引き起こされていることが示唆された。

Manganites with perovskite-type structure have been attracted much attention because of their variety of orders and properties due to the competition between charges, orbitals and spins. The materials represented as ReBaMn$$_{2}$$O$$_{6}$$ forms in an A-site ordered double perovskite structure and exhibit complicated phase diagrams depending on the kind of atoms of Re. In the case of Re = Sm, the material shows two charge-orbital orders and two anomalies in magnetic susceptibility, but the details have not been clarified. In this study, the magnetic structure in the antiferromagnetic phase and the relation between the charge-orbital order and the antiferromagnetic phase were investigated by means of neutron magnetic scattering. The measurements were performed on the single crystal neutron diffractometer, SENJU, at J-PARC/MLF. The diffraction pattern revealed magnetic reflections arising from the antiferromagnetic order, which is consistent with the charge-orbital ordering patterns. In addition, the anomaly at the lowest temperature was found due to the reorientation of the spin moments.

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