[論文レビュー] Interplay between localized and itinerant d electrons in a frustrated metallic antiferromagnet, 2H-AgNiO2

A. I. Coldea, A. Carrington+12 more|ArXiv.org|Aug 28, 2009

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、三角格子上の局在的S=1 d電子とホニーバン網状格子内の拡散的d電子の間の相互作用によって駆動される、断層的金属反強磁性体2H-AgNiO2における場誘発磁気相の連鎖を明らかにした。高磁場下ではフェルミ面再構築と磁気的破壊軌道が誘発され、強いスピン揺らぎのため有効電子質量は約3倍に増大した。これは、断層的系において局在的磁性と拡散的電子力学の新しい相互作用を示している。

ABSTRACT

We report the electronic and magnetic behaviour of the frustrated triangular metallic antiferromagnet 2H-AgNiO2 in high magnetic fields (54 T) using thermodynamic and transport measurements. Here localized d electrons are arranged on an antiferromagnetic triangular lattice nested inside a honeycomb lattice with itinerant d electrons. When the magnetic field is along the easy axis we observe a cascade of field-induced transitions, attributed to the competition between easy-axis anisotropy, geometrical frustration and coupling of the localized and itinerant system. The quantum oscillations data suggest that the Fermi surface is reconstructed by the magnetic order but in high fields magnetic breakdown orbits are possible. The itinerant electrons are extremely sensitive to scattering by spin fluctuations and a significant mass enhancement (~ 3) is found.

研究の動機と目的

• 2H-AgNiO2における局在的および拡散的d電子の相互作用を調査すること。
• 容易軸異方性および幾何的断層性が場誘発磁気相を安定化させる役割を理解すること。
• 量子振動を用いて高磁場下におけるフェルミ面再構築および磁気的破壊軌道をプローブすること。
• 競合する磁気秩序の存在下におけるスピン揺らぎに起因する電子有効質量増大を定量すること。

提案手法

• 56 Tに達する高磁場トルク磁化率測定を用いて、磁気的相転移および磁化の異方性駆動異常を検出した。
• de Haas-van Alphen効果を用いた量子振動測定により、異なる磁気相におけるフェルミ面を再構築した。
• 比熱測定（リラクゼーション法を用いて）を実施し、電子比熱を抽出し、質量増大を推定した。
• 輸送測定（層間抵抗）を実施し、電子的応答と磁気的転移の相関を評価した。
• 第一原理バンド構造計算を用いて、反強磁性相および高磁場スピン整列相におけるフェルミ面をモデル化した。
• Lifshitz-Kosevich解析を適用し、量子振動周波数から有効電子質量を抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局在的および拡散的d電子の相互作用が、2H-AgNiO2における場誘発相転移をどのように駆動するか？
• RQ2 磁気秩序および高磁場の存在下でのフェルミ面再構築の性質は何か？
• RQ3 この断層的系において、観察された有効電子質量の増大はスピン揺らぎによってどの程度引き起こされるか？
• RQ4 高磁場下で磁気的破壊軌道を観測できるか？それらは電子構造に何を明らかにするか？
• RQ5 局在的Ni1スピンと拡散的電子の結合は、電子的応答および磁化率をどのように変化させるか？

主な発見

• c軸に沿った高磁場下で、13.5 T、20 T、28.8 T、38 Tの場誘発磁気相転移が観測され、複雑な磁気相の競合を示した。
• 量子振動は磁気秩序によるフェルミ面再構築を示し、αポケットの最大極値面積は1.7 kTで測定され、実験的観察と整合的であった。
• αポケットの有効質量は、~2.3 meから~3.2 meに磁気相を経て増大し、強い電子相関を示した。
• γポケットの有効質量は、段階Iから段階IIIにかけて~6.0 meから~6.6 meにわずかに増大し、高磁場下でも中程度の再規格化を示した。
• 比熱データから~2.6の質量増大係数が抽出され、強いスピン揺らぎと整合的であり、段階IIIでは直接交換結合が最大3.21 meVに推定された。
• 高磁場下でも高周波数のγ振動が持続することから、再構築された磁気的ブリユアンゾーン境界に小さなギャップが存在することが示唆された。