中性子回折を使用して高圧下でのホルミウムの磁気構造を再検討する

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12168 (2023) この記事を引用

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\(P= 8\) GPa での低温中性子回折実験は、長い d 間隔の高磁束回折計とクライオスタット内のパリ-エディンバラ プレス セルを使用して、高圧での金属ホルミウムの磁気構造を調査するために実施されました。 。 \(P=8\) GPa および \(T=5\) K では核対称性の変化は観察されず、したがって高圧でも六方最密充填 (hcp) 対称性が維持されることがわかりました。 私たちの中性子回折データは、強磁性状態が存在しないことを確認しています。 ヘリ磁気秩序に対応する磁気構造は 5 K まで存続し、磁気超空間群形式主義によって完全に記述されます。 これらの結果は、磁化実験を使用して以前に発表された結果と一致しています。

遍歴電子 1 の磁性は、強磁性金属の特性を説明するために凝縮物物理学において重要な役割を果たしてきました。 特に、Fe、Co、Ni をベースとした 3d 遷移金属では、その強磁性の原因となるメカニズムを Stoner モデル 2 で理解できます。

一方、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm などの 4f 電子ランタニド金属の強磁性は、局在モーメント間の Ruderman-Kasuya-Kittle-Yosida (RKKY) 相互作用によって説明されます。伝導電子を介した 4f 電子3、4、5。 伝導電子のスピン分極の空間減衰振動は、強磁性 (FM) 相互作用と反強磁性 (AFM) 相互作用間の競合の原因となり、多くの場合、不整合なヘリ磁性構造 (HM) をもたらします。

RKKY 相互作用定数 (\(J_{{{\text{RKKY}}}}\)) は、低温で起こる微妙な格子収縮に非常に敏感です。 これにより、HM 状態が不安定になり、FM 基底状態に変わる可能性があります。 以降、FM 状態と HM 状態の間、および HM 状態と常磁性 (PM) 状態の間の磁気転移温度を \(T_{\text{C}}\) および \(T_{\text{N}}\ と表記します) ）、 それぞれ。

すべての 4f-ランタニド FM 金属の構造は六方最密充填、hcp であり、常圧 (AP) でスタッキング単位 ABA を持ち、配列 hcp (ABA) \(\rightarrow\) Sm 型 (ABABCBCACA) で構造変換を示します。 ) \(\rightarrow\) double-hcp (dhcp) (ABACA) \(\rightarrow\) fcc (ABCA) \(\rightarrow\) 増加する圧力下での三角形6,7。

4f-ランタニド金属の構造変化による磁気特性の解明は理論的に研究されており8、磁気特性評価9,10,11,12,13、電気抵抗率14,15,16,17,18,19,20、中性子によって実験的に報告されている。回折 14、16、21、22、23、24、25、X 線回折 26、メスバウアー分光法 27。 特に、中性子回折実験は、次の段落で簡単に要約するように、高圧および可変温度での Ho 金属の磁性相を研究するためにうまく利用されています。

この金属における最初の中性子散乱実験は、Koehler らによって AP で実施されました 28。 彼らは、Ho 磁気モーメントが \(T_{\text{N}}=133\) K 以下で基底面螺旋を形成し、\(T_{ \text{C}}=20\) K、後の中性子実験と一致しています29,30。 1968 年に、梅林ら 21 は、1 GPa 以下の圧力と 80 K 以上の温度で Tb と Ho を研究し、\(T_{\text{N}}\) の圧力依存性とヘリカル回転角を測定しました。 圧力が増加すると、HM 秩序がより低い温度にシフトすることがわかりました。 1988 年に、Achiwa et al.31 は、10 K から \(T_{\text{N}}\) の温度範囲で 2.1 GPa までの Ho 金属を研究しました。 温度に伴う螺旋ピッチ角の変化は \(P=0.6\) GPa では参考文献 21 と一致することがわかりましたが、高圧では角度の値が増加し、20 K 未満でのロックイン値が示されました。