2017 Fiscal Year Annual Research Report
Microscopic mechanism of electromagnetic excitations in multiferroics
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15K05154
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
佐賀山 基 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (90436171)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マルチフェロイクス / 交差相関物性 / エレクトロマグノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は磁性強誘電体におけるスピン秩序と誘電性の相関を微視的に解明し、エレクトロマグノンと呼ばれる電気磁気素励起の描像を得ることを目的としている。はじめに、代表的な螺旋磁性強誘電体であり、磁場による電気分極回転が報告されているTbMnO3の非弾性中性子散乱実験を行った。誘電揺らぎと結合する磁気励起は非分散的なエネルギー構造を持つことが理論的に予想されていたが、そのような分散関係は観測されず、実際に測定された磁気励起はスピン波励起描像で記述されるような放物線状であることが明らかになった。この結果はこれまでの解釈とは異なる新しい描像が必要になることを示している。一方で単純なMnスピンのみでは再現できない磁気励起も観測されており、Mnスピンと希土類イオンの磁気モーメ ントにおける結合が重要な役割を果たしていることを示唆する。
続いて、同じくペロブスカイト型の磁性強誘電体RFeO3（Rは希土類イオン）に着目し、研究を行った。TbMnO3と同様、スピン軌道相互作用によるスピン格子結合が重要な役割を担い、かつ、より単純な形で遷移金属イオンのスピン、希土類イオンの磁気モーメント、格子変位、が結合して強誘電性を発現していると期待されている。まずは希土類イオンが磁気モーメントを持たないYFeO3について円偏光X線回折実験を行い、反強的に配列するFeスピンとジグザグ鎖を形成する格子系とのジャロシンスキー-守谷相互作用による結合を、磁気散乱とトムソン散乱を干渉させることで直接的に観測することに成功した。これにより格子変位とＤＭ相互作用のDベクトルの方向関係を実験的に決定することに初めて成功した。
以上の結果は螺旋磁性強誘電体における磁性と電気分極の結合について理解を得るために重要な情報であり、現在、論文として出版するべく準備を進めている。
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