石田 周

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修 士 論 文 の 和 文 要 旨  研究科・専攻 大学院   情報理工学研究科  先進理工学専攻 博士前期課程 氏    名 石田 周 学籍番号 1033007 論 文 題 目  La1-xMxFeO3 (M=Sr, Ca)の磁性  要  旨  LaFeO3は斜方晶に歪んだペロブスカイト構造を持つ弱強磁性体である。また La3+に Sr2+,Ca2+を置換することで Fe4+が導入され、Fe3+と Fe4+の間に二重交換相互作用が働くために強磁性的な振る舞いが出現することが期待される。本研究では当初、単結晶試料 La1-xMxFeO3(M=Sr,Ca)を用いて、この系の磁性の研究を行う計画であったが、LaFeO3は分解溶融型(incongruent melting)の化合物であるため、単結晶の作製が困難であった。そこで多結晶試料による磁性の研究を行った。 ネール温度 TN(=750 K)以下での LaFeO3の磁化過程にはヒステリシスがある(図 1)。また高磁場から磁場を下げた時の磁化が M=M0+χB の形となり、弱強磁性体の特徴的な振る舞いを示す。M0 とχの値は室温から磁場中冷却した場合(FC)と無磁場中冷却した場合(ZFC)とでは差異はなかった。そして T=5 KではM0とχは化学式当たりM0=0.018 𝜇B、χ=0.0057 𝜇B/Tであった。2 sublattice modelでのハミルトニアン𝐻 = −2𝐽𝑆1 ∙ 𝑆2⃗⃗ ⃗⃗ + ?⃗⃗? ∙ (𝑆1⃗⃗ ⃗⃗ × 𝑆2⃗⃗ ⃗⃗ ) − 𝑔𝜇B(?⃗⃗? ∙ 𝑆1⃗⃗ ⃗⃗ + ?⃗⃗? ∙ 𝑆2⃗⃗ ⃗⃗ ) (𝐽 < 0 , | 𝐽| ≫ |𝐷|) より、磁気異方性のない場合の多結晶では𝑀0 =𝜋𝐷−16𝐽𝑔𝜇B𝑆、χ=𝑔2𝜇B2−4𝐽となることを導出した。ネール温度 TN=740 K、自発磁化  |?⃗⃗? | = 0.047 𝜇B/c. fより求めた  |𝐽| = 127 K、𝐷 = 5 Kを代入するとM0=0.039 𝜇B、χ=0.053  𝜇B/Tと求まった。実験より求めた値を計算値と比較するとχはほぼ一致したが、M0は半分程度となった。この要因としては、磁区の発生によって試料内の一部の磁区では正味の磁化が磁場の方向に揃わないことが考えられる。 Ca,Srを導入すると FCの場合、約 100K以下で磁化が増大した(図 2)。La0.9Ca0.1FeO3において、T=5 K の磁化過程で FC を ZFC と比較するとχはほとんど変わらず、M0 は大きくなった(図 2 挿入図)。FC と ZFCの磁化の差は温度が上昇すると T=100 Kで消失した。これは T=100 K近傍で磁気相転移が起こったことを表す。M=Ca の x=0.05~0.4 の全ての試料で同様の結果を観測した。転移温度は x=0.05で T=100 Kであり、x と共に上昇し、x=0.4 では T=120 Kであった。M=Srでも同様の結果となった。Ca、Sr の導入により強磁性的なクラスターが発生したものと考えられる。 研究の最終段階で、FZ(Floating Zone)法を用いて LaFeO3単結晶を作製することに成功したが、磁化測定には至っていない。  -0.08-0.06-0.04-0.0200.020.040.060.08-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 85K FC(7T,300K-5K)5K ZFC(350K-5K)M (μB/c.f)Field (T)LaFeO300.010.020.030.040 50 100 150 200 250 300 350 400ZFC(350K-5K)FC(7T,300K-5K)M (μB/c.f)Temperature (K)La0.9Ca0.1FeO30.5T図 1 5K における LaFeO3の磁化過程 図 2 La1-xCaxFeO3 の磁化測定 -0.08-0.0400.040.08-6 -2 2 6M (μB/c.f.u)Field (T)

La1-xMxFeO3 (M=Sr, Ca)の磁性

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