Competition of Magnetic and Quadrupolar Order Parameters in HoB_4(Condensed matter: electronic structure and electrical, magnetic, and optical properties)
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概要
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The successive magnetic phase transitions of HoB_4 with T_<N1>=7.1K and T_<N2>=5.7K have been investigated in detail by neutron and X-ray diffraction. Since Ho ions in the c-plane form a Shastry-Sutherland lattice, geometrical frustration has been expected in this compound. Below T_<N1>, HoB_4 exhibits an incommensurate antiferromagnetic order with q=(δ,δ,δ') (δ=0.022, δ'=0.43), followed by a first-order transition at T_<N2> into a commensurate order with q=(0,0,0), where four magnetic moments are antiferromagnetically coupled in a unit cell. After determining the magnetic structures of the two phases by neutron powder diffraction, we pay particular attention to diffuse scatterings responsible for the critical behavior. Very broad diffuse scatterings, extending almost to the zone boundary, are observed already in the paramagnetic phase at around q=(0,0,0) and (0,0,1/2) with magnetic correlation lengths of ξ<10Å. Below T_<N1>, a strong diffuse scattering develops in a more concentrated region at around q=(0,0,δ') with ξ〜30Å, followed by the appearance of a Bragg peak at (δ,δ,δ'). Simultaneously, a sharp Bragg peak corresponding to q=(0,0,0) also develops at (1,0,1) upon diffuse scattering. This complex critical behavior is discussed from the viewpoint of competing order parameters of magnetic and quadrupolar origins. The striking resemblance of the critical behavior to that of HoB_2C_2 with a square lattice of Ho is interpreted as a manifestation of a universality for a three-dimensional system with competing magnetic and quadrupolar order parameters and a long-ranged RKKY interaction. It is considered that the microscopic difference in interionic interaction due to the difference in crystal structure becomes less prominent in the critical behavior as the correlation length becomes much larger than the lattice constant. On the other hand, the strong diffuse scattering in HoB_4, which is hardly detected in HoB_2C_2, might be ascribed to geometrical frustration. The softening of the elastic constant in HoB_4 and HoB_2C_2 is also discussed.
- 社団法人日本物理学会の論文
- 2008-04-15
著者
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中尾 裕則
高エ研
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OHOYAMA Kenji
Institute for Materials Research, Tohoku University
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NAKAO Hironori
Department of Physics, Tohoku University
-
MURAKAMI Youichi
Department of Physics, Tohoku University
-
MATSUMURA Takeshi
Department of Quantum Matter, ADSM, Hiroshima University
-
OKUYAMA Daisuke
Department of Physics, Graduate School of Science, Tohoku University
-
MOURI Takuya
Department of Physics, Graduate School of Science, Tohoku University
-
ISHIKAWA Naoko
Department of Physics, Graduate School of Science, Tohoku University
-
HIRAKA Haruhiro
Institute for Materials Research, Tohoku University
-
IWASA Kazuaki
Department of Physics, Graduate School of Science, Tohoku University
-
村上 洋一
高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・構造物性研究センター
-
Ohoyama Kenji
Synchrotron Radiation Research Unit Japan Atomic Energy Agency
-
Hiraka Haruhiro
Institute For Materials Research Tohoku University
-
Iwasa Kazuaki
Department Of Physics Graduate School Of Science Tohoku University
-
Hironori Nakao
Department Of Physics Tohoku University
-
Nakao H
Photon Factory Institute Of Materials Structure Science Kek
-
Nakao Hironori
Department Of Physics Tohoku University
-
Nakao Hironori
Neutron Scattering Laboratory Institute For Solid State Physics The University Of Tokyo:(present)pho
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Nakao Hironori
Department Of Physics Graduate School Of Science Tohoku University
-
Matsumura Takeshi
Adsm Hiroshima University
-
Murakami Youichi
Department Of Physics Tohoku University:synchrotron Radiation Research Center
-
Mouri Takuya
Department Of Physics Graduate School Of Science Tohoku University
-
Okuyama Daisuke
Department Of Physics Faculty Of Science Tohoku University:(present Office)cross-correlated Material
-
Nakao H
Department Of Physics Graduate School Of Science Tohoku University
-
Nakao Hironori
Graduate School Of Science Tohoku University
-
Murakami Youichi
Department Of Physics Tohoku University
-
Nakao Hironori
Neutron Scattering Laboratory Institute For Solid States Physics The University Of Tokyo
-
Matsumura T
Adsm Hiroshima University
-
Iwasa Kazuaki
Department Of Physics Faculty Of Science And Technology Keio University
-
Ishikawa Naoko
Department Of Physics Graduate School Of Science Tohoku University
-
Ishikawa Naoko
Department Of Agricultural Chemistry Faculty Of Horticulture Chiba University
-
Nowatari Hiromi
Graduate School Of Science And Engineering Saitama University
-
Murakami Youichi
Department Of Aerospace Engineering College Of Engineering Osaka Prefecture University
-
Ohoyama Kenji
Institute For Materials Of Physics Tohoku University
-
Matsumura Takeshi
Department Of Physics Graduate School Of Science Tohoku University
-
Matsumura Takeshi
Department Of Cardiovascular Surgery Shin-tokyo Hospital
-
Matsumura Takeshi
Department Of Agrobiology And Bioresources Faculty Of Agriculture Hokkaido University
-
MATSUMURA Takeshi
Department of Physics, Graduate School of Science, Tohoku University:Department of Quantum Matter, ADSM, Hiroshima University
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