Magnetic and quadrupole coupling emerging in NdB with geometrically frustrated orthogonal antiferromagnetic dimer

幾何学的フラストレーションを伴う直交する反強磁性ダイマー系NdBにおける磁性と四極子の結合

目時 直人   ; 山内 宏樹   ; 萩原 雅人   ; 綿貫 竜太*; 河村 聖子   ; 古府 麻衣子*   ; 中島 健次   ; 松田 雅昌*

Metoki, Naoto; Yamauchi, Hiroki; Hagihara, Masato; Watanuki, Ryuta*; Kawamura, Seiko; Kofu, Maiko*; Nakajima, Kenji; Matsuda, Masaaki*

フラストレートしたシャストリ・サザランド格子を有するNdBの磁気転移を理解する目的で中性子非弾性散乱実験を行った。とによる準四重項状態が磁気秩序相で4つに分裂する。スペクトルは磁気相互作用、磁気と四極子の結合、そして一軸的な結晶場により説明される。この電子状態により、主たる秩序変数である面内磁気モーメントと結く誘起された2次的な秩序変数を説明することができた。幾何学的フラストレーションによってハイゼンベルグ相互作用が打ち消し合う状況で、磁気と四極子の結合が本質的な役割をすることが明らかになった。

Inelastic neutron scattering experiments were carried out to understand the unusual successive order in NdB with the frustrated Shatry-Sutherland (SS) lattice. The pseudo-quartet with and splits into four levels in the magnetically ordered states. The spectra can be explained with the on-site magnetic interaction , the coupling of with quadrupole , and the uniaxial crystalline electric field. The -electron states reproduce the temperature dependences of the in-plane moment which is the primary order parameter, and a weakly induced as the secondary order parameter. The magnetic-quadrupole coupling emerges and play essential role under the geometrical frustration, where the Heisenberg interactions are cancelled out.