Technical Report of ISSP Ser. A: Number 2718

Abstract

Systematic studies of a random mixture Fe (x) Mn (1-x) TiO3 with competing exchange interactions have been made by low-field dc-magnetization measurements. Typical behavior characterizing a paramagnetic to spin-glass transition is observed in the samples with intermediate Fe concentrations. The samples with Fe-rich concentrations undergo the transition to the antiferromagnetic phase, whereas the samples with Mn-rich concentrations do that to the random-antiferromagnetic phase. At low temperatures, the samples with certain concentrations reenter into the reentrant spin-glass phase. From these results, the concentration versus temperature phase diagram is determined, which supports the theoretical prediction obtained by using the Ising Sherrington-Kirkpatrick model. In Fe (x) Mn (1-x) TiO3 the characteristic properties of the spin-glass and reentrant spin-glass appear strongly, that is because Fe (x) Mn (1-x) TiO3 is a magnetically condensed system with strong frustration. The magnetic properties observed in the antiferromagnetic and random-antiferromagnetic phases have clarified that the spin configurations in these phases are quite different from those in ordinary antiferromagnets.

低磁場直流磁化測定により、競争交換相互作用を伴うランダム混合物FexMn1-xTiO3を系統的に調べた。常磁性からスピンガラスへの転移の特性を示す典型的な挙動を中間的なFe濃度を持つサンプルにより観察した。Fe濃度の高いサンプルは反強磁性相への転移を受け、一方Mn濃度の高いサンプルはランダム反強磁性相への転位を受けた。低温において、ある濃度を持つ試料はリエントラントスピンガラス相へ再入した。これらの結果から温度対濃度の状態図を決定したが、この状態図はIsing Sherrington-Kirkpatrick模型により得られた理論的予言を支持するものであった。FexMn1-xTiO3においてスピンガラスおよび再入スピンガラスの特性が強く表われたが、これはFexMn1-xTiO3が強いフラストレーションを伴う磁気的凝縮系であることによる。反強磁性およびランダム反強磁性相において観測された磁気的性質は、これらの相のスピン配位が通常の反強磁性体のスピン配位と全く異なるものであることを明らかにした。