[論文レビュー] Inhomogeneous magnetic phases: a LOFF-like phase in Sr3Ru2O7

A. M. Berridge, A. G. Green+2 more|ArXiv.org|Oct 12, 2008

Advanced Condensed Matter Physics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、Sr3Ru2O7における異常相が、電子状態密度関数におけるvan Hove特異性に起因する空間的に周期的な横磁化を特徴とするLOFF状態の磁気的類縁であると提案する。Ginzburg-Landau展開を用いたStonerモデルにバンド分散を組み込んだ理論により、物性実験で観測されたメタ磁性転移の分岐、増幅された異方性抵抗率、および位相図の「屋根型」構造を統一的に説明し、清浄な試料における実験的不審な挙動を解明する。

ABSTRACT

The phase diagram of Sr3Ru2O7 contains a metamagnetic transition that bifurcates to enclose an anomalous phase with intriguing properties - a large resistivity with anisotropy that breaks the crystal-lattice symmetry. We propose that this is a magnetic analogue of the spatially inhomogeneous superconducting Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov state. We show - through a Ginzburg-Landau expansion where the magnetisation transverse to the applied field can become spatially inhomogeneous - that a Stoner model with electronic band dispersion can reproduce this phase diagram and transport behaviour.

研究の動機と目的

• 抵抗率のピークと異方性を特徴とするSr3Ru2O7の異常相を、空間的に非一様な磁気的状態として説明すること。
• バンド分散を含むStonerモデルを用いて、移動電子系磁性体におけるLOFF超伝導状態の磁気的類縁を確立すること。
• 位相図における「屋根型」領域の出現と、メタ磁性転移線の分岐を説明すること。
• 面内磁場下における空間的非一様磁化が格子対称性を破ることで生じる異方性抵抗率を関連付けること。
• 不純物に対して感受性を示す微視的メカニズムを提供すること。これは、異常相が超高純度試料でのみ観測されるのを説明する。

提案手法

• 微視的ハミルトニアンのGinzburg-Landau展開を用いて、Stonerモデルにおける横磁化の空間的周期的変動をモデル化する。
• van Hove特異性を有するバンド分散を組み込むことで、LOFF状態に類似した非一様磁気的相を安定化させる。
• 横磁化の空間的変動に対する剛性が消失する臨界点を同定し、相の再構成を引き起こす。
• 理論的位相図を、温度、角度、磁場強度に一致するR、H、K⊥の解析的写像を用いて実験座標系に回転する。
• 非一様磁化が面内磁場下で磁気的不均一性を整列させ、格子対称性を破ることで抵抗率の異方性が生じることを説明する。
• 本モデルは、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用や量子揺らぎ補正を主因としない点で、他の理論と差別化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 抵抗率ピークと異方性を示すSr3Ru2O7の異常相は、空間的に周期的な磁気的状態によって説明可能か？
• RQ2 Sr3Ru2O7におけるメタ磁性転移線の分岐は、空間的に周期的な磁化を持つ相に起因するか？
• RQ3 面内磁場の向きが、異常相における異方性抵抗率をどのように誘導するか？
• RQ4 van Hove特異性は、この系における非一様磁気的秩序の安定化にどのような役割を果たすか？
• RQ5 なぜ異常相は超高純度試料でのみ観測されるのか？不純物は空間的周期的磁化にどのように影響するか？

主な発見

• Sr3Ru2O7における異常相は、電子状態密度関数のvan Hove特異性に起因する、空間的に周期的な横磁化を有するLOFF状態の磁気的類縁であると特定された。
• Ginzburg-Landau理論は、実験的に観測された「屋根型」位相図を再現し、メタ磁性転移線の分岐を含む。
• 抵抗率ピークとその異方性は、面内磁場下における空間的非一様磁化が結晶対称性を破るための散乱増幅に起因する。
• 相転移は、横磁化の空間的変動に対する剛性が消失する臨界点に起因する。
• 不純物に対する感受性は、非一様状態を安定化させる状態密度のピークが不純物によってなだらかになることによって説明される。
• 理論は、異常領域において弾性中性子回折でブラaggピークが観測されることを予測しているが、現時点ではそのデータは入手不能である。