[論文レビュー] Anisotropic spin-glass-like and quasi-one-dimensional magnetic behaviour in an intermetallic compound, Tb2PdSi3

P. L. Paulose, E. V. Sampathkumaran+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2003

Magnetic properties of thin films被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、Tb2PdSi3が準一次元的磁気的挙動および異方的スピンガラス状の凍結を示す最初の化学 stoichiometric な金属間化合物であることが同定された。単結晶を用いた交流磁化率測定により、10 K未塔で周波数依存のピークシフトが観察され、スピンガラス状の凍結を示唆した。一方、55 Kに広がったピークは、Tb原子鎖における一次元的反強磁性相関に起因するとされ、このような現象が絶縁体に限定されるという考えに反するものである。

ABSTRACT

We report temperature dependent ac susceptibility ($χ$) measurements on a high quality single crystal of Tb$_2$PdSi$_3$, crystallizing in a AlB$_2$-derived hexagonal structure. This compound is found to exhibit features attributable to quasi-low-dimensional magnetism at high temperatures and {\it anisotropic} spin-glass-like behavior at low temperatures ($

研究の動機と目的

• 六方晶AlB2由来構造を有する金属間化合物Tb2PdSi3の高品質単結晶における磁気的挙動を調査すること。
• 従来の予想とは反して、金属系においても準低次元的磁気的性質とスピンガラス状の凍結が共存可能かどうかを明らかにすること。
• Pd-Si不純度の役割に関する多結晶と単結晶のデータの不一致を解明すること。
• 交流磁化率における広い55 Kピークの起源とその異方性を特定し、一次元的磁気的相関と関連付けること。

提案手法

• Tb2PdSi3単結晶を用い、結晶学的方位[10̄10]および[0001]に沿って、1.2–1220 Hzの温度依存的交流磁化率測定を実施した。
• 超伝導量子干渉計（SQUID）を用いて、2–150 Kの範囲で交流磁化率の実部（χ′）および虚部（χ′′）を測定した。
• 交流磁化率の異常を、特に基底面における整列したPd-Si配置およびTbイオンの三角格子構造と照合した。
• 25 K以上のdc磁化率データ（文献12）を用い、理論的枠組み（文献21）を用いて一次元的挙動をモデル化した。
• 中性子回折およびX線データを比較して、Pd-Si不純度およびスーパーパラメトリック構造の形成を評価し、Bサイトの占有によるaパラメータの2倍化を確認した。
• トポロジカルなフラストレーション（三角格子Tbサブラット）および伝導電子を介した間接的交換相互作用による鎖間結合の役割を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来の見解とは対照的に、絶縁体に限定されると考えられていた準一次元的磁気的挙動が、金属的金属間化合物でも生じ得るか？
• RQ2 10 K未塔で交流磁化率のピーク温度に顕著な周波数依存性が見られる原因は何か？ これは、化学 stoichiometric な金属間化合物においてスピンガラス状の凍結を示唆するものか？
• RQ3 χ(T)における55 Kの異常はなぜ強く異方的であり、その起源は磁気的相関および結晶構造のどの側面に起因するのか？
• RQ4 Pd-Si不純度は、Tb2PdSi3における磁気転移温度および磁気的秩序の性質にどのように影響するか？
• RQ5 金属中における伝導電子を介した間接的交換相互作用が、低次元的磁気的性質をどの程度支持するか？

主な発見

• νに依存しないχ′のピークにより、23.6 Kで長距離磁気的秩序転移が確認された。これは、スピンガラス凍結ではなく、従来の磁気的秩序を示すものである。
• 10 K未塔では、[10̄10]方位に対してχ′およびχ′′に周波数依存のピークが観察され、異方的スピンガラス状の凍結が示唆された。周波数が1.2 Hzから1200 Hzに増加するに従い、ピーク温度は10 Kから14 Kにシフトした。
• [10̄10]方向におけるχ(T)の広い55 Kピークは、2(b)サイトに配置されたTbイオン鎖内での反強磁性相関に起因するとされ、1次元系における理論的予測と整合的である。
• [0001]方向では55 Kピークは観察されず、常磁性のクーリー温度は方向によって顕著に異なっていた（[0001]：-30 K、[10̄10]：+23 K）。これは、Tc以上でも強い磁気的異方性が存在することを示している。
• 25 K以上のdc χデータの理論的フィッティングにより、交換相互作用強度が約35 Kに推定され、一次元的磁気的相関の存在を支持する。
• X線および中性子回折により、Pd-Si占有の整列に起因するaパラメータの2倍化が確認された。短波長放射線を用いた場合にのみスーパーパラメトリック線が検出可能であり、これは過去の検出困難性の理由を説明している。