遠くまで届く磁気の力が相転移を支配―絶縁性フェリ磁性体で「平均場臨界性」を初めて実証―

2026-08-19 京都大学

京都大学複合原子力科学研究所の研究チームは、絶縁性フェリ磁性体Eu₂MnSi₂O₇において、長距離に及ぶ磁気双極子―双極子相互作用が磁気相転移の臨界挙動を支配することを初めて実証した。約10.6 Kの転移温度付近で測定した臨界指数β、γ、δは、それぞれ0.423、0.894、3.129で、平均場理論の予測値に近い値を示した。中性子粉末回折からも同様の臨界指数が得られ、結果の整合性が確認された。また、Eu²⁺とMn²⁺の磁気モーメントはほぼ反平行ながら完全には相殺されない、わずかに傾いたフェリ磁性構造を形成していることも判明。短距離の交換相互作用が磁気秩序を形成する一方、より弱くても長距離に作用する双極子相互作用が臨界現象を決定するという役割分担を示し、磁気相転移の普遍性理解に新たな知見を与えた。

遠くまで届く磁気の力が相転移を支配―絶縁性フェリ磁性体で「平均場臨界性」を初めて実証―
フェリ磁性相転移の性質を表す臨界指数β(赤)、γ(緑)、δ(青)を、中性子粉末回折(NPD)、Kouvel-Fisher(KF)解析、および磁化の磁場依存性M(μ0H) から求め、平均場理論と代表的な理論モデルの値と比較した。(作成:南部雄亮)

<関連情報>

フェリ磁性体 Eu2MnSi2O7における双極⼦相互作⽤による平均場臨界性 Dipolar-Driven Mean-Field Criticality in the Ferrimagnet Eu2⁢MnSi2⁢O7

Masahiro Kawamata, Maxim Avdeev, and Yusuke Nambu
Physical Review Letters  Published: 12 August, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/5ftk-7qyg

Abstract

We report mean-field critical behavior in Eu2⁢MnSi2⁢O7, a melilite-type ferrimagnet with spin-only Eu2+ and Mn2+ moments and negligible orbital contributions. Magnetization measurements combined with neutron powder diffraction reveal critical exponents close to the mean-field values, indicating that long-range dipolar interactions govern the asymptotic critical behavior in this insulating ferrimagnet. The refined magnetic structure, described by the magnetic space group ⁢21⁢2′1⁢2′, exhibits a tilted ferrimagnetic configuration driven by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction, reflecting the noncentrosymmetric nature of the lattice. These results extend the applicability of mean-field theory to complex insulating magnets and establish Eu2⁢MnSi2⁢O7 as a platform for exploring ferrimagnetism and long-range interactions. To our knowledge, this is the first insulating ferrimagnet in which dipolar interactions drive mean-field criticality.

1701物理及び化学
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