Control of electric domains in spin-driven multiferroic materials by means of rotating magnetic fields

• Project/Area Number: 15K05184
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: Kuwahara Hideki 上智大学, 理工学部, 教授 (90306986)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): AKAHOSHI Daisuke 東邦大学, 理学部, 准教授 (90407354) ; AKAKI Mitsuru 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (60610904)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: マルチフェロイック物質 / 誘電体 / スピン / 電気分極ドメイン / 酸化物 / 相転移 / 磁場 / 電気磁気効果 / 極性結晶

Outline of Final Research Achievements

We have investigated change of electric domains in high-quality BiFeO3 single crystal grown by the laser-diode floating-zone method, as a function of applied magnetic-field (H) direction. We have demonstrated that electric polarization along the Y direction (PY) has been controlled by means of rotating H. Namely, PY was proportional to cos2q, where q is the angle of applied H direction against [100]. q dependence of PY has a π-periodicity, which means that PY remains unchanged by reversal of applied H direction. Furthermore, we have studied nonreciprocal DC magnetoelectric response, i.e., crystalline (polar) direction dependence of magnetoelectric susceptibilities for CaBaM4O7 (M=Co,Fe) single crystals. Especially, we focused on the electric-field (Ec)-induced magnetization (Mb,Mc) in CaBaM4O7, which had almost not yet been performed. We have found that the obtained magnetoelectric susceptibility α32 defined as ΔMb=α32Ec has a different sign depending on the polar direction.

Research Products

• [Int'l Joint Research] アウグスブルク大学物理学研究所(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] アウグスブルク大学物理学研究所(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] アウグスブルク大学物理学研究所(ドイツ)
• [Journal Article] Low Temperature Specific Heat in Lightly Mn-Substituted Electron-Doped SrTiO3 (2017)
  • Author(s): Okuda Tetsuji、Hata Hiroto、Eto Takahiro、Sobaru Shogo、Oda Ryosuke、Noda Masaaki、Kuwahara Hideki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 86 Issue: 8 Pages: 084601-084601
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.084601
  • NAID: 210000134469
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic phase diagram for the mixed-valence Eu oxide EuTi1-xAlxO3 (0≦x≦1) (2017)
  • Author(s): Akahoshi Daisuke、Koshikawa Shuto、Nagase Takuro、Wada Eiji、Nishina Kosuke、Kajihara Ryo、Kuwahara Hideki、Saito Toshiaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Issue: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.184419
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trimerization and orbital ordering in Ba1-xSxV13O18 (2017)
  • Author(s): T. Kajita, Y. Obata, Y. Kakesu, Y. Imai, Y. Shmizu, M. Itoh, H. Kuwahara, T. Katsufuji
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Issue: 24 Pages: 245126-245126
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.245126
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of Mn Substitution on Thermoelectric Properties and Thermal Excitations of the Electron-Doped Perovskite Sr1-xLaxTiO3 (2016)
  • Author(s): T. Okuda, H. Hata, T. Eto, S. Sobaru, K. Nishina, H. Kuwahara, M. Nakamura, and R. Kajimoto
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 85 Issue: 9 Pages: 094717-094717
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.094717
  • NAID: 210000134100
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] NMR study on the quasi one-dimensional quantum spin magnet with ladder structure (2016)
  • Author(s): S. Kobori, K. Matsui, H. Kuwahara, T. Goto, X. Zhang, Y. Nakano, S. Nishihara, K. Inoue, T. Sasaki
  • Journal Title: Hyper. Inter. Volume: 237 Issue: 1 Pages: 116-116
  • DOI: 10.1007/s10751-016-1329-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Orbital Glass State of the Nearly Metallic Spinel Cobalt Vanadate (2016)
  • Author(s): R. Koborinai, S. E. Dissanayake, Dissanayake, M. Reehuis, M. Matsuda, T. Kajita, H. Kuwahara, S.-H. Lee, and T. Katsufuji
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 116 Issue: 3
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.037201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapid formation of hydroxyapatite layer on polyetheretherketone by vacuum ultraviolet irradiation and microwave heating techniques (2016)
  • Author(s): Naoto SUZUKI, Tomohiro UMEDA, Takuya SUMI, Satoshi HORIKOSHI, Hideki KUWAHARA, Takeshi TOYAMA, Yoshiro MUSHA, and Kiyoshi ITATANI
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: 124 Issue: 1 Pages: 49-54
  • DOI: 10.2109/jcersj2.15209
  • NAID: 130005117363
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impurity Substitution Effect on Magnetoelectric Properties of CaBaCo4O7 Crystals (2015)
  • Author(s): R. Oda, R. Kajihara, K. Nishina, M. Akaki, H. Kuroe, and H. Kuwahara
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 75 Pages: 303-308
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.12.036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Muon-Spin Rotation in Multiferroic Cu3Mo2O9 under Electric Fields (2015)
  • Author(s): Haruhiko Kuroe, Hideki Kuwahara, Tomoyuki Sekine, Isao Watanabe, Andrea-Raeto Raselli, Matthias Elender, Pabitra Kumar Biswas, Masashi Hase, Kunihiko Oka, Toshimitsu Ito, Hiroshi Eisaki
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 75 Pages: 221-229
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.12.195
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiferroic Properties of Cu3(Mo,W)2O9 (2015)
  • Author(s): Yoshinori Hirata, Shuma Nishikawa, Kento Aoki, Ryo Kino, Haruhiko Kuroe, Hideki Kuwahara, Tomoyuki Sekine, Masashi Hase, Kunihiko Oka, Toshimitsu Ito, Hiroshi Eisaki
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 75 Pages: 134-141
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.12.192
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High field studies on BiFeO3 single crystals grown by the laser-diode heating floating zone method (2015)
  • Author(s): M. Tokunaga, M. Akaki, A. Miyake, T. Ito, and H. Kuwahara
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: in press. Pages: 259-261
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2014.10.026
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CaBaM4O7(M=Co, Fe)単結晶の磁場（電場）誘起電気分極（磁化）の極性依存性 (2018)
  • Author(s): 野田正亮, 小田涼佑, 赤木暢, 黒江晴彦, 桑原英樹
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Bi-2201系銅酸化物の超過剰ドープ領域における強磁性ゆらぎに対する不純物置換効果 (2018)
  • Author(s): 大西柊成, 桑原英樹, 倉嶋晃士, 小池洋二, 足立匡
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Cu3Mo2O9における磁性不純物置換効果 (2018)
  • Author(s): 黒江晴彦, 江袋佑太, 野田正亮, 桑原英樹, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] ペロブスカイト型Eu酸化物EuTi1-xAlxO3における電気磁気特性II (2018)
  • Author(s): 越川修人, 原祐貴, 野田正亮, 桑原英樹, 和田詠史, 赤星大介, 齊藤敏明
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] La1-xSrxMnO3におけるMn 2p硬X線光電子分光スペクトルのホールドープ量・温度依存性 (2018)
  • Author(s): 大江日南子, 下山諒太, 大川万里生, 野田正亮, 菱田智子, 大林和重, 保井晃, 池永英司, 桑原英樹, 齋藤智彦
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 角度分解光電子分光によるLa2-2xSr1+2xMn2O7（x～0.5）の電子構造と電子相の研究 (2018)
  • Author(s): 大久保晶平, 高橋裕也, 宮林麟太郎, 大川万里生, 桑原英樹, 野田正亮, 齋藤智彦
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Cu3(Mo,W)2O9の磁化測定2 (2017)
  • Author(s): 江袋佑太, 阿部太亮, 小田涼佑, 桑原英樹, 黒江晴彦, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] ペロブスカイト型Eu酸化物EuTi1-xAlxO3(0＜x＜1)の単結晶育成 (2017)
  • Author(s): 越川修人, 長瀬拓朗, 和田詠史, 小田涼佑, 野田正亮, 仁科康介, 梶原凌, 桑原英樹, 赤星大介, 齊藤敏明
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 擬一次元反強磁性体BaCo2Si2O7における29Si/59Co-NMR III (2017)
  • Author(s): 上杉涼, 赤木暢, 萩原政幸, 桑原英樹, 後藤貴行
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] CaBaM4O7(M=Co,Fe)単結晶の磁気相転移に伴う電気磁気特性変化II (2017)
  • Author(s): 小田涼佑, 野田正亮, 江袋佑太, 野田泰輝, 赤木暢, 黒江晴彦, 桑原英樹
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] RBaMn2O6(R = Pr, Nd, Sm)の酸素欠損が物性に与える効果 (2017)
  • Author(s): 谷川統久, 高田寛己, 保利美幸, 和田詠史, 小田涼佑, 野田正亮, 桑原英樹, 赤星大介, 齊藤敏明
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] ぺロブスカイト型マンガン酸化物Nd1-xSrxMnO3 におけるMn 2p内殻光電子スペクトル線二色性の観測 (2017)
  • Author(s): 服部竜大, 藤原秀紀, 永井浩大, 藤岡修平, 金井惟奈, 山神光平, 木須孝幸, 東谷篤志, 山崎篤志, 門野利治, 今田真, 播木敦, 魚住孝幸, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 桑原英樹, 関山明
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Mn置換した電子ドープSrTiO3のショットキー比熱 (2017)
  • Author(s): 奥田哲治, 江藤貴弘, 畑博人, 草原彰吾, 小田涼佑, 野田正亮, 桑原英樹
  • Organizer: 日本物理学会 第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Cu3Mo2O9における、磁性及び非磁性不純物置換効果 (2017)
  • Author(s): 江袋佑太, 野田正亮, 桑原英樹, 黒江晴彦, 長谷正司, 岡邦彦, 伊藤利充, 永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] ペロブスカイト型Eu酸化物EuTi1-xAlxO3(0<x<1)の単結晶育成と物性 (2017)
  • Author(s): 越川修人, 野田正亮, 桑原英樹, 和田詠史, 赤星大介, 齊藤敏明
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] PLD法による電子ドープ型銅酸化物T'-La2-xCexCuO4のオーバードープ領域の薄膜作製 (2017)
  • Author(s): パクサンウン, 岡部博孝, 中村惇平, 桑原英樹, 門野良典, 足立匡
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] T'型銅酸化物RE2CuO4+δ (RE=Pr,Sm)の単結晶における還元処理と電子状態 (2017)
  • Author(s): 川端公貴, 桑原英樹, 足立匡
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 過剰に還元された電子ドープ型銅酸化物Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+δ (x=0.10)におけるCuスピン相関と超伝導 (2017)
  • Author(s): 洲村拓哉, 石本奨, 桑原英樹, 倉嶋晃士, 小池洋二, 渡邊功雄, 宮崎正範, 幸田章宏, 門野良典, 足立匡
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] La5Mo4O16の磁気緩和とメモリー効果 (2017)
  • Author(s): 向後颯太, 長谷川貴俊, 野田正亮, 桑原英樹, 勝藤拓郎
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] Electric(magnetic)-field control of magnetization(electric polarization) in CaBaM4O7(M=(Co,Fe)) single crystals (2017)
  • Author(s): Hideki KUWAHARA, Ryosuke ODA, Masaaki NODA, Yuta EBUKURO, Mitsuru AKAKI, and Haruhiko KUROE
  • Organizer: 28th International Conference on Low Temperature Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magneticand nonmagnetic impurity substitution effects on Cu3Mo2O9 (2017)
  • Author(s): Yuta EBUKURO, Masaaki NODA, Hideki KUWAHARA, Haruhiko KUROE, Masashi HASE, Kunihiko OKA, Toshimitsu ITO, and Hiroshi EISAKI
  • Organizer: 28th International Conference on Low Temperature Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes in the magnetoelectric properties of CaBaM4O7(M=(Co,Fe)) single crystals induced by magnetic phase transition (2017)
  • Author(s): Masaaki NODA, Ryosuke ODA, Yuta EBUKURO, Mitsuru AKAKI, Haruhiko KUROE, and Hideki KUWAHARA
  • Organizer: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nonmagnetic impurity effects on distorted tetrahedral spin-chain systems Cu3(Mo,W)2O9 (2017)
  • Author(s): Haruhiko KUROE, Yuta EBUKURO, Yoshinori HIRATA, Masaaki NODA, Ryosuke ODA, Hideki KUWAHARA, Masashi HASE, Kunihiko OKA, Toshimitsu ITO, and Hiroshi EISAKI
  • Organizer: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nonmagnetic impurity effects on distorted tetrahedral spin-chain systems (Cu,Ni)3(Mo,W)2O9 (2017)
  • Author(s): Yuta EBUKURO, Masaaki NODA, Ryosuke ODA, Hideki KUWAHARA, Haruhiko KUROE, Masashi HASE, Kunihiko OKA, Toshimitsu ITO, and Hiroshi EISAKI
  • Organizer: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CaBaM4O7(M=Co,Fe)単結晶の磁気相転移に伴う電気磁気特性変化 (2016)
  • Author(s): 小田涼佑, 梶創揮, 赤木暢, 黒江晴彦, 桑原英樹
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 強磁場下におけるBa2CuGe2O7の電気磁気効果 (2016)
  • Author(s): 徳永将史, 佐藤由昌, 赤木暢A, 三宅厚志, 萩原政幸, 桑原英樹
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] ペロブスカイト型Eu酸化物EuTi1-xAlxO3(0＜x＜1)における電気磁気特性 (2016)
  • Author(s): 越川修人, 長瀬拓朗, 和田詠史, 仁科康佑, 梶原凌, 桑原英樹, 赤星大介, 齊藤敏明
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 度分解光電子分光による層状Mn酸化物の電子構造と電子相の研究 (2016)
  • Author(s): 岡村直哉, 大川万里生, 小野寛太, 桑原英樹, 齋藤智彦
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 秩序型RBaMn2O6(R = 希土類)のAサイトのわずかな乱れが物性に与える効果 (2016)
  • Author(s): 谷川統久, 高田寛己, 保利美幸, 和田詠史, 小田涼佑, 桑原英樹, 赤星大介, 齊藤敏明
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 擬一次元反強磁性体BaCo2Si2O7における29Si/59Co-NMR II (2016)
  • Author(s): 上杉涼, 赤木暢, 萩原政幸, 桑原英樹, 後藤貴行
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] ABaM4O7(A=(Ca,Y), M=(Co,Fe))単結晶における電気磁気特性III (2016)
  • Author(s): 小田涼佑, 梶原凌, 仁科康佑, 赤木暢, 黒江晴彦, 桑原英樹
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学 泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 擬一次元反強磁性体BaCo2Si2O7における29Si/59Co-NMR (2016)
  • Author(s): 上杉涼, 赤木暢, 萩原政幸, 桑原英樹, 後藤貴行
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学 泉キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 硬X線光電子分光法によるLa0.775Sr0.225-xCaxMn1-yGayO3の電子構造 (2016)
  • Author(s): 漆山翔，大川万里生，村上良明，桑原英樹，太刀川純孝，池永英司，齋藤智彦
  • Organizer: 第29回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: 東京大学柏の葉キャンパス
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] 角度分解光電子分光法による層状Mn酸化物の電子構造 (2016)
  • Author(s): S. Imai, I. Takayama, K. Ogawa, H. Kuwahara, K. Ono, M. Okawa, T. Saitoh
  • Organizer: 第29回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: 東京大学柏の葉キャンパス
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] ABaM4O7(A=(Ca,Y), M=(Co,Fe))単結晶における電気磁気特性II (2015)
  • Author(s): 梶原凌，仁科康佑，小田涼佑，赤木暢，黒江晴彦，桑原英樹
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学千里丘キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] A2MSi2O7(A= (Sr,Eu), M=(Co,Mn))単結晶における電場による磁気ドメイン制御 (2015)
  • Author(s): 仁科康佑, 梶原凌, 小田涼佑, 赤木暢, 黒江晴彦, 板谷清司, 桑原英樹
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学千里丘キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Magnetic- and electric-field control of magnetoelectric properties of CaBaCo4O7 (2015)
  • Author(s): R. Oda, R. Kajihara, K. Nishina, M. Akaki, H. Kuroe, and H. Kuwahara
  • Organizer: International Conference on Magnetism 2015
  • Place of Presentation: Barcelona, Spain
  • Year and Date: 2015-07-05
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 上智大学 物質科学研究室（桑原研）ホームページ
  • URL: http://www.ph.sophia.ac.jp/~kuwa-ken/