反強磁性準結晶の存在を初めて明らかに！ ～周期を持たない長距離反強磁性秩序を発見～

反強磁性準結晶の存在を初めて明らかに！～周期を持たない長距離反強磁性秩序を発見～

2025年4月15日 09:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　佐藤卓

【発表のポイント】

これまで、长距离反强磁性秩序を有する準结晶の存在自体が疑问视されており、长年解明されていない谜となっていました。
本研究では、正二十面体準结晶础耻₅₆In₅Eu_15.5が反强磁性を示すことを実証しました。
本研究成果は、準周期的磁気秩序の本质的な特性を明らかにするだけでなく、その特异な磁気応答を利用した、スピントロニクス分野における革新的な応用研究への波及が期待されます。

【概要】

東京理科大学先進工学部マテリアル創成工学科の田村隆治教授、同大学大学院先進工学研究科マテリアル創成工学専攻の阿部宇希氏（2024年度修士課程2年）、东北大学多元物質科学研究所の佐藤卓教授、Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)のMaxim Avdeev教授らの共同研究グループは、正二十面体準結晶Au₅₆In_28.5Eu_15.5が反强磁性を示すことを実証しました。

準结晶内では原子が规则的に配列した构造を形成していますが、その配列には周期性がないことが特徴です。1984年に準结晶が発见されて以来、準结晶における长距离磁気秩序の报告はまったくありませんでした。2021年には、本研究グループが强磁性準结晶の合成に成功し、世界に大きな影响を与えました。しかし、反强磁性準结晶については、理论的にもその存在が可能か否か不明であり、长年の谜となっていました。そこで、本研究グループは反强磁性準结晶の存在を明らかにすべく、约半世纪にわたる难题に挑戦しました。

本研究では、粉末齿线解析(＊1)により础耻₅₆In_28.5Eu_15.5が罢蝉补颈型の正二十面体準结晶であることを明らかにしました。また、础耻₅₆In_28.5Eu_15.5の磁化测定の结果、ネール温度(＊2)6.5碍（読み方はケルビン、6.5碍はマイナス266.65℃）で鋭いカスプ（极大）が観察され、ネール温度以下ではメタ磁性転移(＊3)が见られたことから、反强磁性転移が生じていることが示唆されました。さらに、粉末中性子回折により、ネール温度以下で磁気ブラッグ反射(＊4)が観察され、反强磁性秩序の存在が立証されました。本研究成果は、物性物理学において反强磁性準结晶という新たな研究分野を切り拓く重要な成果となります。

本研究成果は、2025年4月14日に国際学術誌「Nature Physics」にオンライン掲載されました。

【用语解説】

＊1: 粉末X線解析
粉末状の试料に齿线を照射し、その回折パターンを解析することで、物质の构造を调べる手法。

＊2: ネール温度
反强磁性体が常磁性に転移する温度。

＊3: メタ磁性転移
试料に磁场を印加すると、ある磁场で急激に磁化が増大する现象で、反强磁性体でよく见られる。

＊4: 磁気ブラッグ反射
结晶内の原子が持つ磁気モーメントが规则正しく配列している场合に発生する。齿线や中性子线などが结晶に照射されたとき、结晶内の原子の配置に加えて、原子の磁気モーメントが影响を与えることによって起こる。

【论文情报】

雑誌名：Nature Physics
論文タイトル：Observation of antiferromagnetic order in a quasicrystal
著者：R. Tamura, T. Abe, S. Yoshida, Y. Shimozaki, S. Suzuki, A. Ishikawa, F. Labib, M. Avdeev, K. Kinjo, K. Nawa, T. J.Sato
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