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Spin rotation, glassy state, and magnetization switching in ${it R}$CrO$$_{3}$$ (${it R}$=La$$_{1-x}$$Pr$$_{x}$$, Gd, and Tm); Reinvestigation of magnetization reversal

${it R}$CrO$$_{3}$$ (${it R}$=La$$_{1-x}$$Pr$$_{x}$$, Gd, and Tm)におけるスピン回転, グラス状態, 磁化スイッチング; 負の磁化現象に関する再検討

吉井 賢資

Yoshii, Kenji

標記3種のペロブスカイトクロム酸化物の磁性で観測される負の磁化について再検討し、この現象が希土類スピンの回転と関連することを提案する。負の磁化は熱力学的に不安定で通常見られず、近年、新しい磁化反転機構として提案されている現象である。例えば系の一つLa$$_{1-x}$$Pr$$_{x}$$CrO$$_{3}$$では、xが0.85から微小量増えるだけで負の磁化が観測されなくなる。この現象につき、希土類スピンが低温で回転相転移を起こすGdCrO$$_{3}$$やTmCrO$$_{3}$$などと比較し、La$$_{1-x}$$Pr$$_{x}$$CrO$$_{3}$$でも希土類スピンが磁場に対して回転することが負の磁性と関係すると提案した。また交流帯磁率測定により、スピン回転は低温での単分子磁石的なスピングラス挙動の起源であることも分かった。単分子磁石は高密度メモリ等の応用可能性がある系として盛んに研究されており、応用的に興味深い結果である。また、スピン回転を利用することにより、外部磁場の反転を用いない磁化反転を実現できることも提案する。

We have reinvestigated the magnetization reversal in perovskites La$$_{1-x}$$Pr$$_{x}$$CrO$$_{3}$$, GdCrO$$_{3}$$, and TmCrO$$_{3}$$ and show that spin rotation or reorientation plays a key role in this property. The magnetization measurements on all systems show the appearance and disappearance of the reversal are commonly depend on a strength of a Zeeman energy at the rare earth site in analogy with spin rotation in GdCrO$$_{3}$$ and TmCrO$$_{3}$$, denoted at the spin reorientation. Magnetic susceptibility measurements point to either superparamagnetic or single-molecule-magnet-like glassy behavior in all three systems, which is likely linked to a rotation of the R$$^{3+}$$-Cr$$^{3+}$$ coupling, as seen from magnetocalorimetry ($$R$$ = La$$_{1-x}$$Pr$$_{x}$$, Gd, and Tm). We also present a characteristic magnetization switching by rotating the R$$^{3+}$$ moments with the aid of large Zeeman energies.

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