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2015 Fiscal Year Research-status Report

新規電気磁気効果の探索と中性子散乱による起源解明

Research Project

Project/Area Number 15K05123
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

左右田 稔  東京大学, 物性研究所, 助教 (40463905)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 益田 隆嗣  東京大学, 物性研究所, 准教授 (90313014)
浅井 晋一郎  東京大学, 物性研究所, 研究員 (00748410)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsマルチフェロイクス / リラクサー磁性体 / スピン・ネマティック / 電気磁気効果
Outline of Annual Research Achievements

磁性と誘電性の新奇関係に注目し、マルチフェロイクスBa2CoGe2O7、磁性イオンをもつリラクサー誘電体(リラクサー磁性体)LuFeCoO4の研究を行った。
リラクサー誘電性は、polar nanoregion (PNR)と呼ばれる自発分極を持ちながらランダムな方向を向いた局所領域を考えることによって説明されている。我々は、リラクサー磁性体LuFeCoO4に注目し、誘電性と磁性の新たな関係を探索した。LuFeCoO4単結晶に対する中性子散乱実験を行ったところ、PNR起源の異方的核散漫散乱が観測された。一方磁性に関しては、短距離磁気秩序を表す幅広い磁気反射が観測される。c軸方向の磁気相関はほとんど無いが、面内方向の磁気秩序は、温度下降に伴い徐々に成長し、それに伴い核散漫散乱も減少する。さらに、核散漫散乱から見積もられるPNRサイズと磁気相関長が密接に関係している。中性子散乱実験の結果は、磁気転移温度付近においてPNR起源のナノ磁気ドメインが存在していることを示しており、磁化測定で観測されている超常磁性の起源もPNRだと考えられる。
二次元反強磁性体Ba2CoGe2O7は、磁場下においてab面内のcollinear反強磁性秩序とc軸方向の自発的誘電分極が同時に出現するマルチフェロイック物質である。磁性を担うCoO4四面体に反転中心が存在しないことから、Coサイトのスピン四極子は電気分極と等価となる。また、Coイオンの局所的及び非局所的対称性の考察から、ab面内の磁気異方性の最低次は、スピン四極子間の相互作用であることが導かれる。我々は、スピン四極子相互作用を通した電気磁気効果を明らかにするため、Ba2CoGe2O7のc軸方向に電場印加し電場中偏極中性子実験を行った。その結果、電場印加によって磁気モーメントがc面内で回転することを発見した。この変化は、基底状態であるS//<100>の反強誘電状態から励起状態であるS//<110>の強誘電状態に移り変わっていることを意味しており、新規な電気磁気効果である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

マルチフェロイクスBa2CoGe2O7の電場中非弾性中性子散乱実験をオークリッジのSNSにあるCNCSで行ったが、SNSの試料環境の問題によって、当初予定していた高電場をかけることができなかった。そのため、データが不十分なものになってしまった。

Strategy for Future Research Activity

すでにマルチフェロイクスCa2CoSi2O7の中性子弾性散乱実験、類似物質Ba2CoSi2O7の中性子弾性散乱実験・中性子非弾性散乱実験、リラクサー磁性体LuFeCoO4の中性子非弾性散乱実験を行っており、解析を進めるとともに、論文にまとめていく。また、今までの実験結果をもとに新奇電気磁気効果の可能性を探索する。

Causes of Carryover

達成度の項目で書いたように電圧印加の実験に遅れが生じたため、高電圧電源購入が遅れ、次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

当初の計画通り高電圧電源を購入する予定である。

  • Research Products

    (8 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] オークリッジ国立研究所(ORNL)(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      オークリッジ国立研究所(ORNL)
  • [Int'l Joint Research] ラザフォードアップルトン研究所(RAL)(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      ラザフォードアップルトン研究所(RAL)
  • [Int'l Joint Research] Paul Scherrer Institute(PSI)(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      Paul Scherrer Institute(PSI)
  • [Journal Article] Dielectric and Magnetic Properties in Relaxor Magnet LuFeCoO42016

    • Author(s)
      M. Soda and T. Masuda
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 85 Pages: 034713

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.85.034713

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 磁性と誘電性の新奇関係2016

    • Author(s)
      左右田稔
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      東北学院大(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
    • Invited
  • [Presentation] マルチフェロイック物質Ca2CoSi2O7の磁気構造2016

    • Author(s)
      左右田稔, 吉田俊也, 赤木暢, 萩原政幸, Oksana Zaharko, Maxim Avdeev, 伊藤晋一, 横尾哲也, 益田隆嗣
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      東北学院大(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] カゴメ・三角格子積層系YBaCo4O7における中性子散乱研究2015

    • Author(s)
      左右田稔, 伊藤晋一, 横尾哲也, G.Ehlers, 益田隆嗣
    • Organizer
      日本中性子科学会
    • Place of Presentation
      和光市民文化センター(埼玉県和光市)
    • Year and Date
      2015-12-10 – 2015-12-11
  • [Presentation] 擬一次元反強磁性体Ba2CoSi2O7における中性子散乱研究2015

    • Author(s)
      左右田稔, Tao Hong, Maxim Avdeev, 益田隆嗣
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-02-03  

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