[論文レビュー] Nature of the Magnetic Order in BaMn2As2

Yogesh Singh, M. A. Green+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2009

Iron-based superconductors research参考文献 32被引用数 77

ひとこと要約

中性子回折により、BaMn2As2ではMn²⁺スピン（S = 5/2）がc軸に沿って整列した共線的G型反強磁性秩序が明らかになった。10 Kにおける秩序磁化モーメントは3.88(4) μBであり、ネール転移温度TN = 625(1) Kは2次相転移である。鉄系pnictidesとは異なり、磁気秩序化に伴う構造的歪みは観察されず、最近接相互作用が次近接項よりも支配的であることが示された。

ABSTRACT

Neutron diffraction measurements have been performed on a powder sample of BaMn2As2 over the temperature T range from 10 K to 675 K. These measurements demonstrate that this compound exhibits collinear antiferromagnetic ordering below the Neel temperature T_N = 625(1) K. The ordered moment mu = 3.88(4) mu_B/Mn at T = 10 K is oriented along the c axis and the magnetic structure is G-type, with all nearest-neighbor Mn moments antiferromagnetically aligned. The value of the ordered moment indicates that the oxidation state of Mn is Mn^{2+} with a high spin S = 5/2. The T dependence of mu suggests that the magnetic transition is second-order in nature. In contrast to the closely related AFe2As2 (A = Ca, Sr, Ba, Eu) compounds, no structural distortion is observed in the magnetically ordered state of BaMn2As2.

研究の動機と目的

• 中性子回折を用いてBaMn2As2の磁気構造と秩序モーメントを特定すること。
• BaMn2As2における磁気秩序化が一次相転移か二次相転移かを明らかにし、AFe2As2化合物と対比すること。
• 磁気基底状態を決定づける最近接相互作用と次近接相互作用の役割を調査すること。
• BaMn2As2において磁気秩序化が構造的歪みを誘発するかどうかを評価すること。これはAFe2As2化合物とは対照的である。
• BaMn2As2の磁気的性質をAFe2As2およびLa2CuO4と比較し、磁気秩序と超伝導性の関係を理解すること。

提案手法

• NIST中性子研究センターのBT1回折計を用い、波長λ = 2.0782 Åの粉末中性子回折をBaMn2As2試料に対して実施した。
• GSASソフトウェアスイートを用いて中性子回折データのリエーティルド精査を行い、磁気的および構造的パラメータを抽出した。
• 10 Kから675 Kの温度範囲で温度依存性磁気散乱を測定し、秩序モーメントと相転移の挙動を追跡した。
• ネール転移付近での格子定数の比較により、構造的転移の欠如を分析した。
• ヘイゼンベルグスピン相互作用の理論モデルを用いて、BaMn2As2において最近接相互作用が次近接相互作用を上回ることの物理的解釈を行った。
• 得られた結果を鉄系pnictides（AFe2As2）およびLa2CuO4と比較し、磁気的性質と超伝導可能性の文脈を整理した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BaMn2As2のネール温度以下の磁気構造は何か？
• RQ2 BaMn2As2におけるMn²⁺の秩序磁化モーメントの大きさと方向は何か？
• RQ3 BaMn2As2における磁気相転移は一次相転移か二次相転移か？
• RQ4 AFe2As2化合物と同様に、BaMn2As2における磁気秩序化は構造的歪みを誘発するか？
• RQ5 BaMn2As2における最近接相互作用と次近接相互作用の相対的強度は、鉄系pnictidesと比べてどう異なるか？

主な発見

• BaMn2As2は、すべての最近接Mnスピンが反平行に整列した共線的G型反強磁性秩序を示す。
• 10 Kにおける秩序磁化モーメントは、Mn²⁺イオン1個あたり3.88(4) μBであり、c軸に沿っている。
• ネール温度TNは、温度依存性中性子回折データから625(1) Kとして決定された。
• 秩序モーメントの温度依存性から、二次相転移であることが示された。
• 10 Kから675 Kの温度範囲で、磁気的秩序状態においても構造的歪みや格子変化は観察されなかった。
• BaMn2As2の磁気基底状態は、最近接相互作用によって支配されており、AFe2As2化合物とは対照的に次近接相互作用の支配的であるとは言えない。