중성자 회절을 이용하여 고압에서 홀뮴의 자기 구조 재검토

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12168(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

\(P= 8\) GPa에서의 저온 중성자 회절 실험은 긴 d-간격 고유속 회절계와 저온 유지 장치 내부의 Paris-Edinburgh 프레스 셀을 사용하여 고압에서 금속 홀뮴의 자기 구조를 조사하기 위해 수행되었습니다. . \(P=8\) GPa 및 \(T=5\) K에서는 핵 대칭 변화가 관찰되지 않으므로 고압에서 육각 폐쇄형(hcp) 대칭이 유지됩니다. 우리의 중성자 회절 데이터는 강자성 상태가 존재하지 않음을 확인합니다. 5K까지 유지되는 헬리자기 질서에 해당하는 자기 구조는 자기 초공간군 형식론에 의해 완전히 설명됩니다. 이러한 결과는 자화 실험을 사용하여 이전에 발표된 결과와 일치합니다.

순회 전자의 자성은 강자성 금속의 특성을 설명하기 위해 응집 물질 물리학에서 중요한 역할을 해왔습니다. 특히, Fe, Co, Ni 기반의 3차원 전이금속에서 강자성을 담당하는 메커니즘은 Stoner 모델2 내에서 이해될 수 있습니다.

반면, Gd, Tb, Dy, Ho, Er 및 Tm과 같은 4f 전자 란탄족 금속의 강자성은 국부적인 모멘트 사이의 Ruderman-Kasuya-Kittle-Yosida(RKKY) 상호 작용에 의해 설명됩니다. 4f-전자는 전도 전자3,4,5에 의해 매개됩니다. 전도 전자의 스핀 분극의 공간적으로 감쇠된 진동은 강자성(FM)과 반강자성(AFM) 상호 작용 사이의 경쟁을 담당하며, 이는 종종 부적절한 헬리자성 구조(HM)를 초래합니다.

RKKY 상호작용 상수(\(J_{{{\text{RKKY}}}}\))는 저온에서 발생하는 미묘한 격자 수축에 매우 민감합니다. 이는 FM 접지 상태로 전환되는 HM 상태를 불안정하게 만들 수 있습니다. 이후 FM과 HM 상태 사이, HM과 상자성(PM) 상태 사이의 자기 전이 온도는 \(T_{\text{C}}\) 및 \(T_{\text{N}}\로 표시됩니다. ) 각각.

모든 4f-란타나이드 FM 금속의 구조는 주변 압력(AP)에서 적층 단위 ABA를 사용하여 육각형 밀폐 포장 hcp이며, hcp(ABA)\(\rightarrow\) Sm 유형(ABABCBCACA) 순서로 구조 변형을 나타냅니다. ) \(\rightarrow\) double-hcp (dhcp) (ABACA) \(\rightarrow\) fcc (ABCA) \(\rightarrow\) 삼각 압력 증가 하에서6,7.

4f-란탄족 금속의 구조적 변형을 통한 자기 특성의 발현은 이론적으로 연구되었으며8 자기 특성화9,10,11,12,13, 전기 저항률14,15,16,17,18,19,20, 중성자에 의해 실험적으로 보고되었습니다. 회절14,16,21,22,23,24,25, X선 회절26및 Mössbauer 분광학27. 특히 중성자 회절 실험은 다음 단락에서 간략하게 요약한 것처럼 고압 및 가변 온도에서 Ho 금속의 자기상을 연구하는 데 성공적으로 사용되었습니다.

이 금속에 대한 최초의 중성자 산란 실험은 Koehler et al.28에 의해 AP에서 수행되었습니다. 그들은 Ho 자기 모멘트가 \(T_{\text{N}}=133\) K 아래에서 기저 평면 나선을 형성하고 \(T_{ 아래에서 c축에 평행한 순 자기 모멘트를 갖는 원추형 구성을 형성한다고 보고했습니다. \text{C}}=20\) K, 이후 중성자 실험29,30과 일치합니다. 1968년에 Umebayashi et al.21은 1 GPa 미만의 압력과 80 K 이상의 온도에서 Tb 및 Ho를 연구했으며 여기서 \(T_{\text{N}}\)의 압력 의존성과 나선형 회전 각도가 측정되었습니다. 압력이 증가하면 HM 순서가 더 낮은 온도로 이동하는 것으로 나타났습니다. 1988년에 Achiwa 등31은 10K ~ \(T_{\text{N}}\) 온도 범위에서 최대 2.1 GPa까지의 Ho 금속을 연구했습니다. 온도에 따른 나선형 피치 각도 변화는 \(P=0.6\) GPa에 대해 Ref.21과 일치하는 것으로 나타났으며, 더 높은 압력의 경우 각도 값이 증가하여 20K 미만의 고정 값을 나타냅니다.