オリビン型硫化物Mn2AS4における多重臨界現象

オリビン型硫化物Mn₂A S₄における多重臨界現象

　オリビン型硫化物Mn₂A S₄ (A = Si, Ge )(図1)はC-type反強磁性体であるが、a , b , c 各方向の磁気異方性が拮抗しているという特徴がある。磁化容易軸であるb軸に磁場をかけると、数テスラ程度の低磁場で、低温ではc 軸方向に高温ではa 軸方向にスピンがフロップする。その結果、磁場－温度相図に、3本の一次転移線が合わさる三重点や、2本の一次転移線と2本の二次転移線が合わさる非自明な多重臨界点が現れる。スピンフロップ相では、磁気対称性の要請により弱強磁性が発生している。そのため、スピンフロップ磁場の小さい最低温とT _N 近傍で、静磁化率が増大を示す(図2)。本系は、自然に存在する最も美しい多重臨界現象の舞台の一つである。

図1: Mn₂SiS₄単結晶。気相成長法により育成した。

図2: Ising型反強磁性体のスピンフロップ相図。(左) 通常の系では、スピンフロップ磁場は、温度上昇と共に単調に増加する。一次転移線（二重線）は、2本の二次転移線（一重線）と共に、bicritical point(BP)で終結する。(右) Mn₂A S₄(A = Si, Ge)では、二つのスピンフロップ相が存在するため非自明な相図が現れる。多重臨界点1(MP1)では、2本の一次転移線と2本の二次転移線が合わさる（1本の一次転移線と1本の二次転移線が接しているとも言える）。多重臨界点2(MP2)では、3本の一次転移線がぶつかる。SF1相及びSF2相は弱強磁性を伴うため、静磁化率に異常な振る舞いが現れる。

<参照文献>

1. “Anomalous Magnetic Properties near the Spin-flop Bicritical Point in Mn2AS4 (A = Si and Ge)” K. Ohgushi and Y. Ueda, Phys. Rev. Lett. 95, 217202 (2005).
2. “Spin-flop Multicritical Phenomena in Mn2AS4 (A = Si and Ge)” K. Ohgushi and Y. Ueda, J. Magn. Magn. Mater. 310, 1291 (2007).