GeCr2O4の合成と物性～フラストレーションに悩む磁性体の研究～東京農工大学工学部物理システム工学科4年香取研究室塚瀬成久＜スピン＞＜3d遷移金属元素＞・電子は内部自由度であるスピンを持ち、二つのスピンを考えたとき、スピン間の相互作用が・・・・ 3d遷移金属元素は閉殻構造をとらないため、磁性の原因となる不対電子を生じる。本研究に関係するCrも含まれる。強磁性的⇒二つのスピンは平行になるのが安定反強磁性的⇒二つのスピンは反平行になるのが安定＜フラストレーションとは？＞＜ GeM2O4 ＞・欲求が何らかの障害によって阻止され、満足されない状態にあること。欲求不満。・物理学の世界にもフラストレーションは存在する。例えば本研究に関係する「幾何学的フラストレーション」は格子の幾何学性で磁気秩序が形成できない状態のことをいう。・ GeM2O4 （M：3d遷移金属元素）という物質は、先ほど述べたスピネル構造の化学式に当てはまり、さらにパイロクロア構造であるBサイトに3d遷移金属元素を入れるので、幾何学的フラストレーションが内在する物質である。・ GeM2O4 についてわかっていることを表に簡単にまとめる。＜幾何学的フラストレーション＞・正三角形格子の各頂点に、スピン間の相互作用がすべて反強磁性相互作用になるようにイジングスピンを配置することを考えると、スピンの配列に競合が生じるところが出てきてしまう。正四面体でも生じている。 ※1：カゴメ格子面が12.13Kで面内強磁性、面間反強磁性秩序を形成し、その後11.46Kで三角格子面が面内強磁性、面間反強磁性秩序を形成 ※2：スピネルが歪んだ構造、他の元素に比べてMnのイオン半径が小さいためにオリビンになったといわれている。 ※3：47Kで弱い強磁性、17Kで反強磁性、5.5Kで強磁性とスパイラル秩序が混ざった状態へ＜スピネル構造＞＜目的＞・スピネルはMgAl2O4で表される鉱物の名称。宝石。・スピネル構造は化学式AB2X4で表される物質が持つ構造の一つ。Aサイトでは元素Aの周りに元素Xが四面体配位し、Bサイトでは元素Bの周りに元素Xが八面体配位する。・Bサイトのみに注目すると、パイロクロア格子を形成している。パイロクロア格子は正四面体が頂点共有した形をしている。・さらに、[1,1,1]方向（図の矢印の方向）から見ると、三角格子面とカゴメ格子面が交互に積み重なった構造をしていることがわかる。 ⇒スピネル構造で最近接相互作用が反強磁性のとき、幾何学的フラストレーションが生じる。・このように、今挙げたGeM2O4は、Mに入れる3d遷移金属元素を変えることでさまざまな秩序を形成し、非常に興味深い。・また、MにCrを入れた場合、今までのGeM2O4とは異なる新たな磁気秩序を形成することが期待される。・構造に関しては、CrはMnよりもイオン半径が小さいため、スピネルよりもオリビン構造になるのではないかと予想される。そこで本研究では、新たにMがCrの場合の磁性と構造を知るために、 GeCr2O4という物質の合成と物性測定を試みている。＜参考文献＞ [1]安藤悠一：東京農工大学大学院物理システム工学専攻博士前期課程平成25年度修士論文 [2]Takashi Honda, Yuki Ishiguro, Yusuke Wakabayashi, and Tsuyoshi Kimura (2012)