螺旋磁気

螺旋磁性は、隣接する磁気モーメントのスピンが螺旋状またはらせん状のパターンに配列され、特徴的な回転角度が 0 度から 180 度の間である磁気秩序の一種です。これは、強磁性と反強磁性の交換相互作用の競合によって生じます。^{[1]強磁性と反強磁性を、それぞれ 0 度と 180 度の特徴的な回転角度を持つ螺旋磁性構造と見なすことができます。螺旋磁性秩序は、空間}反転対称性を破り、性質上、左利きまたは右利きのどちらにもなります。

厳密に言えば、螺旋磁性体には永久磁気モーメントがないため、反強磁性体の複雑なタイプと見なされることがあります。この点が、永久磁気モーメントに加えて螺旋変調を持つ円錐磁石 (例: 20 K 未満のホルミウム^{[2] ) と螺旋磁性体とを区別するものです。螺旋磁性体は、螺旋が 1 回転するのにかかる距離によって特徴付けられます。}ねじ山のピッチに類似して、繰り返し周期は螺旋磁性体の「ピッチ」として知られています。螺旋の周期が結晶の単位格子の有理倍数である場合、構造は整合しており、これは MnO ₂に対して最初に提案された構造のようになります。^[3]一方、倍数が無理数である場合、磁性は不整合であり、これは更新された MnO ₂構造のようになります。^[4]

螺旋磁性は、二酸化マンガンの磁気構造を説明するために 1959 年に初めて提案されました。^[3]最初は中性子回折に適用されましたが、その後ローレンツ電子顕微鏡によってより直接的に観察されました。^[5]一部の螺旋磁性構造は室温まで安定していると報告されています。^{[6]通常の強磁性体が個々の磁区を分離する}ドメイン壁を持つのと同様に、螺旋磁性体にはトポロジカル電荷によって特徴付けられる独自のクラスのドメイン壁があります。^[7]

多くのらせん磁性体は、FeSi (B20)結晶構造型のようなキラル立方構造を持っています。これらの物質では、強磁性交換とジャロシンスキー-モリヤ相互作用の組み合わせにより、比較的長い周期のらせん構造が形成されます。常磁性状態でも結晶構造は非中心対称であるため、らせん磁性状態への磁気転移によって反転対称性が破られることはなく、らせんの方向は結晶構造に固定されます。

一方、他の物質における螺旋磁性は、フラストレート磁性やRKKY相互作用に基づくものでもある。その結果、 MnP型（B31）化合物のような中心対称構造は、左巻きと右巻きの螺旋が共存する二重螺旋型螺旋磁性を示すこともできる。^[8]これらの遍歴螺旋磁性体の場合、螺旋の方向は印加電流と磁場によって制御できる。^[9]

参照

参考文献

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