Tsai型化合物の磁気状態を統一的に読み解く鍵は「格子定数」 ～未知の磁気秩序をもつ準結晶?近似結晶の探索に新たな指針～

Tsai型化合物の磁気状態を統一的に読み解く鍵は「格子定数」～未知の磁気秩序をもつ準結晶?近似結晶の探索に新たな指針～

2026年10月 1日 10:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　准教授　那波和宏、教授　佐藤卓

金属材料研究所　准教授　池田陽一

【発表のポイント】

罢蝉补颈型近似结晶において、従来用いられてきた価电子浓度（别/补）よりも、格子定数の方が、元素の种类や化学组成を超えて磁気基底状态を统一的に记述できる指标であることを明らかにしました。
Tb、Dy、Hoを含む多数のTsai型化合物を系統的に調べた結果、格子定数が約72 ?を超えると反強磁性、約14.62 ~ 14.72 ?では強磁性、それより小さい領域ではスピングラスとなる共通の磁気相図を見いだしました。
本成果は、これまで试行错误に頼る部分が大きかった準结晶?近似结晶の物质探索に、格子定数という明瞭な设计指针を与えるものであり、反强磁性準结晶やヘッジホッグ型磁気构造など、未知の磁気秩序を示す新物质の発见につながることが期待されます。

【概要】

東京理科大学研究推進機構総合研究院のFarid Labib助教、東北大学多元物質科学研究所の那波和宏准教授、東京理科大学先進工学部マテリアル創成工学科の田村隆治教授らの研究グループは、Tsai型（＊1）近似结晶（＊2）において、格子定数が磁気基底状态（＊3）を统一的に记述する有効な构造指标となることを明らかにしました。これまで、异なる化学组成や希土类元素を有する物质の磁気状态を整理する指标として価电子浓度（e/a）が広く用いられてきました。しかし、合金系によって磁気相境界となるe/aの値がわずかに异なるという点において、统一的に整理するには不十分な点が残っていました。

本研究では、Tb（テルビウム）、Dy（ジスプロシウム）、Ho（ホルミウム）を含むTsai型1/1近似结晶を新たに合成し、磁化测定、X线回折测定、中性子回折测定、中性子非弾性散乱実験などを组み合わせて、その结晶构造と磁気状态を系统的に调べました。さらに、既报のTsai型化合物のデータも统合して解析した结果、化学组成や希土类元素（Tb, Dy, Ho）の种类によらず、磁気基底状态が格子定数（格子の大きさを决める构造パラメータ）に応じて明瞭に整理できることを见いだしました。具体的には、格子定数が约14.72 ?（?、オングストローム、1 ?は100亿分の1メートル）を超える领域では反强磁性、约14.62 ~ 14.72 ?では强磁性、それより小さい领域ではスピングラスが现れるという、共通の磁気相図を得ました。

近似结晶においては、希土类元素の磁気モーメント（原子レベルでのN极‐S极）间に伝导电子を介したRKKY相互作用（＊4）が働き、その竞合によって多様な磁気状态が现れると考えられています。したがって、この结果は、格子定数が単に结晶构造を反映するパラメータであるだけではなく、磁気相互作用を左右する电子状态とも密接に関係する构造パラメータであることを示唆します。本成果により、これまで试行错误に頼る部分が大きかった準结晶（＊5）?近似结晶の探索に、格子定数に基づく新たな物质探索の指针が得られました。今后、新たな反强磁性準结晶やヘッジホッグ型磁気构造など、新しい磁気秩序を示す物质の探索を効率化できると期待されます。

本研究成果は、2026年9月30日にされました。

図1　非Heisenberg型Tsai型1/1近似結晶における磁気モーメントの模式図。希土類元素の磁気モーメントは、周囲の原子が作る結晶電場（＊6）によって特定の方向を向きやすくなる。本研究では、こうした局所磁気異方性をもつTsai型化合物について、格子定数と磁気基底状態との間に共通した関係が存在することを明らかにした。

【用语解説】

＊1　罢蝉补颈型
正二十面体など复数の原子殻が同心状に重なった特徴的な原子クラスターを基本构造とする準结晶?近似结晶の一群。

＊2　近似结晶
準結晶とよく似た局所的な原子構造をもちながら、周期的な結晶構造をもつ物質。準結晶の構造や物性を理解するための比較対象として用いられる。Tsai型1/1近似結晶は、立方体の中心と各頂点にクラスターが配置された体心立方構造をもつ。非Heisenberg型Tsai型1/1近似結晶とは、希土類元素の磁気モーメントが、周囲の原子が形成する結晶電場の影響により、特定の方向を向きやすい局所磁気異方性をもつTsai型1/1近似結晶である。

＊3 磁気基底状態
强磁性とは磁気モーメントが同じ向きにそろう磁気状态、反强磁性とは隣り合う磁気モーメントが互いに反対向きにそろう磁気状态、スピングラスとは磁気モーメントがランダムな向きのまま冻结する磁気状态である。ヘッジホッグ型磁気构造とは、磁気モーメントがハリネズミの针のように中心から外向き、または中心に向かって放射状に配列した磁気构造である。

＊4　搁碍碍驰相互作用
伝导电子を介して磁気モーメントの间に働く磁気的相互作用。原子间距离や电子状态に応じて、强磁性的にも反强磁性的にもなる。

＊5　準结晶
原子が规则正しく配列しているものの、通常の结晶のような周期的な繰り返しをもたない固体。通常の结晶ではみられない回転対称性をもつことがある。

＊6　结晶电场
希土类元素の周囲に配置された原子の电荷が作る电场。希土类元素の种类によっては、この电场の影响によって磁気モーメントが特定の方向を向きやすくなる。本研究で扱う非贬别颈蝉别苍产别谤驳型罢蝉补颈型化合物では、この结晶电场によって磁気异方性（磁気モーメントが特定の向きに向きやすい性质）が生じ、磁気モーメントの配列や磁気基底状态を决める重要な要因の一つとなる。

【论文情报】

雑誌名：Journal of the American Chemical Society (JACS)
論文タイトル：Lattice Parameter Governs Magnetic Ground State Selection in Tsai-Type Intermetallic Compounds
著者：Farid Labib, Kazuhiro Nawa, Yusuke Nambu, Hiroyuki Takakura, Yoichi Ikeda, Kazuhiko Deguchi, Masato Matsuura, Asuka Ishikawa, Ryoichi Kajimoto, Kazuhiko Ikeuchi, Taku J. Sato & Ryuji Tamura
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）