[論文レビュー] The phase transition between dimerized-antiferromagnetic and uniform-antiferromagnetic phases in impurity-doped spin-Peierls cuprate CuGeO3

Takatsugu Masuda, Atsushi Fujioka+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 1998

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、Mgドーピングされたスピンペイアス酸化物Cu1−xMgxGeO3におけるデュマーライズド反強磁性相と一様反強磁性相の間の一次相転移を調査している。Mgドーピング量が増加するに従い（x ≤ 0.023）、スピンペイアス転移温度（TSP）は線形に減少し、同時にネール温度（TN）は線形に増加するが、x = 0.023でTNに不連続なジャンプが観測され、TSPは急激に消失する。これは、相分離によって駆動される一次相転移を示している。

ABSTRACT

We discovered a first-order phase transition between dimerized-antiferromagnetic and uniform-antiferromagnetic phases in impurity-doped spin-Peierls (SP) cuprate Cu{1-x}MgxGeO3. As impurity concentration increases, linear reduction of SP transition temperature (T{SP}) and linear increase of Neel temperature (TN) are observed up to x = 0.023. At this critical concentration (xc) SP transition suddenly disappears and TN jumps discontinuously. The peak of the susceptibility at xc around TN is not so sharp as those at other concentrations, which indicates the phase separation of low and high concentration phases. These results indicate the existence of the first-order phase transition between dimerized-antiferromagnetic and uniform-antiferromagnetic long-range orders.

研究の動機と目的

• スピンペイアス酸化物CuGeO3における磁気的および構造的相転移に及ぼすMgドーピングの影響を調査すること。
• デュマーライズド反強磁性相と一様反強磁性相が共存するか、それとも急激な転移を示すかを特定すること。
• 臨界ドーピング濃度x = 0.023における相転移の性質を明確にすること。
• 不純物濃度の増加に伴うTSPおよびTNの変化を検討すること。

提案手法

• 制御されたMgドーピング（x ≤ 0.023）を施した単結晶Cu1−xMgxGeO3の合成。
• 温度依存磁化率の測定により、TSPおよびTNの転移を特定する。
• 磁化率ピークの鋭さの分析により、相の共存または不連続性を検出する。
• 線形フィッティングを用いて、TSPの単調減少およびTNの増加を追跡する。
• TSPが消滅し、TNに不連続なジャンプが観測される臨界ドーピング濃度（xc = 0.023）を同定する。
• xcにおける磁化率ピークの幅が広がっていることから、低濃度および高濃度相の相分離の証拠と解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CuGeO3におけるデュマーライズド反強磁性相は、Mgドーピングによって一様反強磁性相へ連続的か、一次的かに転移するか？
• RQ2 スピンペイアス転移温度（TSP）およびネール温度（TN）は、Mg濃度（x）の増加に伴いどのように変化するか？
• RQ3 臨界ドーピング濃度x = 0.023における相転移の性質は何か？
• RQ4 磁化率ピークの形状から、転移点付近で相の共存の証拠が観測されるか？
• RQ5 x = 0.023でTNに不連続なジャンプが生じ、TSPが突然消失するのは何が原因か？

主な発見

• スピンペイアス転移温度（TSP）は、Mgドーピング量（x）の増加に従い、x = 0.023まで線形に減少する。
• ネール温度（TN）は、x = 0.023まで線形に増加する。
• x = 0.023でTSPは急激に消失し、TNは不連続なジャンプを示す。
• x = 0.023における磁化率ピークは、他の濃度と比較して幅広く鋭さに欠け、相分離の兆候である。
• 観測された挙動は、デュマーライズド反強磁性および一様反強磁性長距離秩序の間の一次相転移と整合する。
• 臨界ドーピング濃度xc = 0.023は、二つの競合する磁気的相の明確な境界を示している。