[論文レビュー] Field induced magnetic transition and metastability in Co substituted $Mn_{2}Sb$

Pallavi Kushwaha, R. Rawat+1 more|ArXiv.org|Jul 6, 2007

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials参考文献 28被引用数 48

ひとこと要約

本研究は、ドーピングされたMn₂Sb（Mn₁.₈₅Co₀.₁₅Sb）における磁場誘発第一準拠反強磁性（FRI）から反強磁性（AFM）への転移を調査し、低温における異常な熱磁気的不逆性およびFRI相のガラス状の運動的停止を明らかにした。主な発見は、運動的停止と過冷却／過熱不逆性が逆相関することであり、磁場アニール条件下で温度を上昇させることで再帰的FRI–AFM–FRI転移が可能となる。本系は、拡散磁性体における準安定相のダイナミクスのモデルとして確立された。

ABSTRACT

A detailed investigation of first order ferrimagnetic (FRI) to antiferromagnetic (AFM) transition in Co (15%) doped $Mn_2Sb$ is carried out. These measurements demonstrate anomalous thermomagnetic irreversibility and glass-like frozen FRI phase at low temperatures. The irreversibility arising between the supercooling and superheating spinodals is distinguised in an ingenious way from the irreversibility arising due to kinetic arrest. Field annealing measurements shows reentrant FRI-AFM-FRI transition with increasing temperature. These measurements also show that kinetic arrest band and supercooling band are anitcorrelated i.e regions which are kinetically arrested at higher temperature have lower supercooling temperature and vice versa.

研究の動機と目的

• ドーピングされたMn₂Sbにおける第一準拠反強磁性（FRI）から反強磁性（AFM）への転移の低温挙動を調査し、異常な熱磁気的不逆性に注目する。
• FRI相の運動的停止に起因する不逆性と、転移付近の過冷却／過熱効果に起因する不逆性を区別する。
• 磁場および熱歴史を用いたFRI相とAFM相の共存割合の調整可能性を調査する。
• H–T相図において、運動的停止帯と過冷却帯が相関しているか、逆相関しているかを特定する。
• Mn₁.₈₅Co₀.₁₅Sbが、マンガン酸化物や金属間化合物に類似した準安定相ダイナミクスを研究するモデル系として確立されることを目的とする。

提案手法

• 3–300 Kの温度範囲で冷凍器を用いた四端子法による抵抗率測定を実施し、電流に平行に最大8 Tの磁場を印加した。
• 熱的および磁気的履歴の依存性を調査するため、ゼロ磁場冷却（ZFC）、磁場冷却（FC）、磁場冷却加熱（FCW）のプロTOCOLを実施した。
• さまざまな温度で等温R–H（抵抗率対磁場）ループを取得し、エンVELOPEの外側に位置するバーチン曲線を特定することで、運動的停止を示した。
• R–TおよびR–Hデータを用いてH–T相図をマッピングし、共存領域および転移境界を特定した。
• 異なる磁場（H_an）で磁場アニールを行い、その後加熱することで脱停止挙動および再帰的転移を観察した。
• 自由エネルギー図および転移経路を分析し、熱力学的準安定性（過冷却）と運動的停止を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドーピングされたMn₂Sbが低温で示す異常な熱磁気的不逆性の原因は何か？
• RQ2 FRI相の運動的停止と過冷却／過熱効果は、起源および現れ方においてどのように異なるか？
• RQ3 H–T平面における運動的停止帯と過冷却帯の間に相関または逆相関があるか？
• RQ4 磁場アニールおよび熱サイクリングによって再帰的FRI–AFM–FRI転移を誘発できるか？
• RQ5 FRI相とAFM相の共存割合は、磁場および熱歴史によってどの程度調整可能か？

主な発見

• 低温域では、バーチン抵抗率曲線が磁場冷却およびゼロ磁場冷却曲線のエンVELOPEの外側に位置しており、高温FRI相の運動的停止を示す異常な熱磁気的不逆性を示した。
• H_an ≥ 4.5 Tで磁場アニールを実施した結果、冷却後に抵抗率曲線が低温度域で合体し、磁場を低下させることで脱停止が確認された。
• 運動的停止帯と過冷却帯の間には明確な逆相関が観察された。運動的停止温度が高い領域では過冷却温度が低く、逆に運動的停止温度が低い領域では過冷却温度が高い。
• H_an > 4 Tで磁場アニール後に加熱した結果、再帰的FRI–AFM–FRI転移が観察された。FRI相はより高い温度で再出現し、4 Tでの抵抗率測定により確認された。
• H–T相図は、低温域で広がるヒステリシス領域を示しており、約40 Kで下部臨界磁場に浅い最大値が存在し、非単調な挙動を示した。
• 本系は広い温度および磁場範囲でFRI相とAFM相の共存を示し、抵抗率値が300 Kで磁場に依存しないことから、体積的金属的挙動を確認した。