Study of new multiferroics based on spin chirality of triangular lattice antiferromagnet

• Project/Area Number: 18K03536
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 綿貫 竜太 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特別研究教員 (30396808)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2018: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: マルチフェロイクス / スピンカイラリティ / 磁性 / 単結晶育成 / 結晶構造解析 / パルス強磁場

Outline of Annual Research Achievements

磁性由来の強誘電性を示す「マルチフェロイック物質」の発現機構は複数知られており、その中でも特にスピンカレント機構が最も良く研究されている。一方、三角格子反強磁性体RbFe(MoO4)2 (RFMO)において、磁気転移に伴ってc軸方向に自発電気分極が現れることが確認され、研究代表者らが面内スピンカイラリティが強誘電性の主たる起源であることを実証した。しかし、その微視的発現メカニズムは、従来のスピンカレント機構では説明できないため、重要な未解決課題として残されている。本研究では、関連物質として期待されるCsFe(MoO4)2 (CFMO)を中心に研究対象とし、加えてKFe(MoO4)2 (KFMO)および天然鉱石『岩手石』 Na2BaMn(PO4)2を研究対象とした。これらの結晶構造や磁性と強誘電性を調べることで系統的に理解し、これらに発現する磁性由来の強誘電性の微視的発現メカニズムを明らかにすることを目的とした。研究代表者は、研究対象物質であるCFMOおよびKFMOの単結晶育成に取り組み、結晶育成条件の最適化を行った。試行錯誤の結果、CFMO, KFMO両物質の極めて大型で純良な単結晶の育成に成功した。育成した単結晶を用いてX線回折実験を行い、CFMOとKFMOの詳細な結晶構造を初めて明らかにした。特に、KFMOは過去に報告された結晶構造が間違っていることを明らかにした。また、CFMOとKFMOの磁化と比熱のマクロ測定により磁性の詳細を調べた。さらに、CFMOのパルス強磁場化の電気分極測定からスピンカイラリティを起源とするマルチフェロイクスの発現を初めて明らかにした。スピンカイラリティ由来の強誘電性の2例目の発見である。

Research Products

• [Journal Article] Spin glass behavior and magnetic boson peak in a structural glass of a magnetic ionic liquid (2021)
  • Author(s): Kofu Maiko、Watanuki Ryuta、Sakakibara Toshiro、Ohira-Kawamura Seiko、Nakajima Kenji、Matsuura Masato、Ueki Takeshi、Akutsu Kazuhiro、Yamamuro Osamu
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 12098-12098
  • DOI: 10.1038/s41598-021-91619-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Redetermination of the crystal structure of R5Si4 (R = Pr, Nd) from single-crystal X-ray diffraction data (2020)
  • Author(s): K. Yokota, R. Watanuki, M. Nakashima, M. Uehara, J. Gouchi, Y. Uwatoko and I. Umehara
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section E, CRYSTALLOGRAPHIC COMMUNICATIONS Volume: 76 Issue: 4 Pages: 510-513
  • DOI: 10.1107/s2056989020002789
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-speed Epitaxial Growth of M-type Strontium Hexaferrite Films on Sapphire using Metal-Organic Chemical Vapor Deposition and Their Magnetic Property (2020)
  • Author(s): K. Kato, R. Watanuki, A. Ito
  • Journal Title: Materials Letters Volume: 274 Pages: 128046-128046
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2020.128046
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-speed epitaxial growth of Y3Fe5O12 thick film with high magnetization on (4 2 0) Y3Al5O12 substrate using metal-organic chemical vapor deposition (2020)
  • Author(s): Aida Honoka、Watanuki Ryuta、Ito Akihiko
  • Journal Title: Materials Letters Volume: 276 Pages: 128228-128228
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2020.128228
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Improved accuracy in high-frequency AC transport measurements in pulsed high magnetic fields (2020)
  • Author(s): Mitamura Hiroyuki、Watanuki Ryuta、Kampert Erik、F?rster Tobias、Matsuo Akira、Onimaru Takahiro、Onozaki Norimichi、Amou Yuta、Wakiya Kazuhei、Matsumoto Keisuke T.、Yamamoto Isao、Suzuki Kazuya、Zherlitsyn Sergei、Wosnitza Joachim、Tokunaga Masashi、Kindo Koichi、Sakakibara Toshiro
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 91 Issue: 12 Pages: 125107-125107
  • DOI: 10.1063/5.0014986
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 数値位相検波法における高速信号分離 (2021)
  • Author(s): 三田村裕幸, 綿貫竜太
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会プログラム
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特許権 (2021)
  • Inventor(s): 綿貫竜太 三田村裕幸
  • Industrial Property Rights Holder: 綿貫竜太 三田村裕幸
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
  • Acquisition Date: 2022