Incommensurate antiferromagnetism with amplitude modulation in the semiconducting van der Waals magnet -UTe

半導体的5fファンデルワールス磁性体-UTeにおける振幅変調を伴う非整合反強磁性

酒井 宏典   ; 田端 千紘; 金子 耕士   ; 常盤 欣文  ; 北澤 崇文  ; 神戸 振作*  ; 徳永 陽  ; 芳賀 芳範   

Sakai, Hironori; Tabata, Chihiro; Kaneko, Koji; Tokiwa, Yoshifumi; Kitazawa, Takafumi; Kambe, Shinsaku*; Tokunaga, Yo; Haga, Yoshinori

単斜晶ZrSe型構造を持つファンデルワールス(vdW)アクチノイド化合物-UTeは、モーメントを有する狭ギャップ半導体である。Te NMRにより、20K以下で層内に閉じ込められた強い異方的スピン揺らぎが観測され、特に軸成分が増強すること、また反強磁性(AFM)転移温度KでNMR信号が消失することが明らかになった。単結晶中性子回折により、磁気伝播ベクトルと、軸方向にAFM積層した軸モーメントの縦型正弦波変調が見出され、その振幅はであった。結晶場一重項-一重項誘起モーメントの枠組みにより、容易軸異方性、における小さな比熱異常、縮小した秩序モーメント、および局在 vdW磁性体における交換相互作用に駆動されたの選択が説明される。本研究は、制約された交換相互作用の幾何学が面内非整合磁気状態を安定化することを示すものである。

-UTe, a van der Waals (vdW) actinide compound with a monoclinic ZrSe-type structure, is a narrow-gap semiconductor with moments. Te NMR reveals strongly anisotropic, layer-confined spin fluctuations below 20 K, with the -axis component enhanced, and a signal wipeout at the antiferromagnetic (AFM) transition K. Single-crystal neutron diffraction finds and a longitudinal sinusoidal modulation of -axis moments with an amplitude of and AFM stacking along . A CEF singlet-singlet induced-moment framework accounts for the easy-axis anisotropy, the small heat-capacity anomaly at , the reduced ordered moment, and the exchange-driven selection of in this localized vdW magnet, establishing a constrained exchange geometry that stabilizes this in-plane incommensurate state.