Spin glass transition of single-crystalline TmFe2O4-δ
Our work on magnetic properties of TmFe2O4−δ single crystal is published on Journal of Physics: Condensed Matter. / Kim Youjin (D3)を筆頭著者とするTmFe2O4−δ単結晶の磁性に関する研究論文がJournal of Physics誌に掲載されました。本研究は名古屋工業大学との共同研究成果です。Kimさん、congratulations!
2020 J. Phys.: Condens. Matter 32 405801
TmFe2O4 is one kind of multiferroic material in which equivalent amounts of Fe2+ and Fe3+ occupy a two-dimensional triangular lattice, leading to charge and spin frustrations. The spin frustration is expected to be increased as the fraction of Fe2+ (Fe3+) becomes larger than that of Fe3+ (Fe2+). We have grown single-crystalline TmFe2O4−δ with oxygen vacancies by using floating zone melting method and examined its magnetic properties. On cooling the compound, a long-range magnetic ordering develops around ~240 K. With further cooling, a maximum of zero-field-cooled (ZFC) magnetization is observed at 186.2 K. The ac magnetic susceptibility obtained by ZFC process also manifests a maximum in its temperature dependence, and the variation of spin-freezing temperature with frequency of ac magnetic field is explainable in terms of the dynamic scaling law with the critical component of 8.68(8). This value suggests that the spin glass transition occurs at 186.2 K. The effect of external dc magnetic field on the irreversible transition temperature is coincident with the de Almeida–Thouless (AT) line. Aging-memory and rejuvenation effect is also observed below the spin-freezing temperature. These facts support the idea that TmFe2O4−δ undergoes spin glass transition below the ferrimagnetic transition temperature. In other words, TmFe2O4−δ can be regarded as a reentrance spin glass. It is thought that the oxygen vacancies bring about unequal number of Fe2+ and Fe3+ ions and thereby strengthen the magnetic frustration among the iron ions coupled with antiferromagnetic interactions, leading to the spin glass behavior./ TmFe2O4はマルチフェロイック材料の一種であり、同量のFe2 +とFe3 +が2次元の三角格子を占め、電荷とスピンのフラストレーションを引き起こします。 Fe2 +（Fe3 +）の割合がFe3 +（Fe2 +）の割合よりも大きくなると、スピンフラストレーションが増加すると予想されます。フローティングゾーンメルティング法を用いて、酸素欠損のある単結晶TmFe2O4−δを成長させ、その磁気特性を調べました。化合物を冷却すると、約240 K前後で長距離磁気秩序が発生します。さらに冷却すると、186.2 Kで最大ゼロ磁場冷却（ZFC）磁化が観察されます。ZFCプロセスで得られたAC磁化率も、その温度依存性が最大であり、ac磁場の周波数によるスピン凍結温度の変化は、8.68（8）の臨界成分を含む動的スケーリング則によって説明できます。この値は、スピンガラス転移が186.2 Kで発生することを示唆しています。不可逆転移温度に対する外部DC磁場の影響は、de Almeida–Thouless（AT）ラインと一致しています。老化記憶と若返り効果は、スピン凍結温度以下でも観察されます。これらの事実は、TmFe2O4-δがフェリ磁性転移温度以下でスピングラス転移を起こすという考えを支持します。言い換えれば、TmFe2O4-δはリエントリースピングラスと見なすことができます。酸素空孔は不均一な数のFe2 +およびFe3 +イオンをもたらし、それによって反強磁性相互作用と相まって鉄イオン間の磁気フラストレーションを強化し、スピングラスの振る舞いにつながると考えられています。