スピン誘起マルチフェロイック物質群における回転磁場による電気分極ドメイン制御

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05184
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 桑原 英樹 上智大学, 理工学部, 教授 (90306986)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

本年度は室温マルチフェロイック物質BiFeO3結晶の電気分極の磁場角度依存性測定を中心に行った。使用したBiFeO3結晶はLD-FZ法によって作成された単結晶試料である。この試料を用い、c軸に垂直なXY平面に存在するスピン由来の電気分極ドメインの磁場印加方位依存性を精密に測定した。BiFeO3では3つの等価なサイクロイド型反強磁性伝播ベクトルQをもつ磁気ドメインが存在すると予想されており、各ドメイン内でc軸及びQベクトルと垂直なXY平面内に電気分極Pが発現すると考えられている。
今回の実験ではQ2ドメインと同方向を0°と定義し、印加磁場角度を0°～180°の範囲で10°毎に変化させ、y軸方向の電気分極Pyを精密に観測した。強誘電相転移及び反強磁性相転移温度が室温以上であることより、電気分極および磁気ドメインを完全に初期化（リセット）できないため、各印加磁場角度依存性測定の間にリセット印加磁場角として90°の測定を挟むことで、Q2ドメインを安定化させてから各印加磁場角におけるPy測定を行った。
その結果、印加磁場角度xを変化させることで、Pyを周期的に制御することに成功した。Pyはcos2xに比例し180°周期の印加磁場角度依存性を示したが、Pyが負の最大値を示すと予想された90°付近で、Pyは予想した値より小さな変化しか示さなかった。その理由として、毎回90°でリセットを行っていたためQ2ドメインが安定化し、90°からの小さな角度変化ではQ2ドメインが他のQ1,Q3ドメインへと変化することがなかったためと考えられる。
来年度は印加磁場角度を広げた180°～360°の範囲での測定、リセット角を90°以外の方向にした時の測定、さらにPxに関しても上記Pyと同様の測定を行い、BiFeO3のc軸に垂直な電気分極ドメインの理解、及びその回転磁場制御を進展させたい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた年次計画に沿っておおむね順調に計画通り進展している。年次計画での中心テーマと並列に行った新規物質系への展開テーマも、順調に進捗しており、２年目、最終年度に向けてその成果が期待される。

Strategy for Future Research Activity

おおむね当初の研究計画に沿って順調に研究が進展しているので、大きな研究計画の変更は行わず、２年目、最終年度とさらに研究を展開していく。

Causes of Carryover

物品費を必要最小限のものにとどめ、また比較的安価なものを購入し支出を切り詰めたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

大きな使用計画の変更はなく、試料作製のための物品費に当てる。

Remarks

上記URLに研究成果として発表した論文へのリンクや研究内容の紹介がある

Research Products

• [Int'l Joint Research] アウグスブルク大学物理学研究所(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: アウグスブルク大学物理学研究所
• [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 Pages: 037201-1~5
  • 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 fo the Ceramic Society of Japan Volume: 124 Pages: 49-54
  • DOI: 10.2109/jcersj2.15209
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impurity Substitution Effect on Magnetoelectric Properties of CaBaCo4O7 Crystals (2015)
  • Author(s): Ryosuke Oda, Ryo Kajihara, Kosuke Nishina, Mitsuru Akaki, Haruhiko Kuroe, Hideki Kuwahara
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: 75 Pages: 303-308
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.12.036
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [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: 383 Pages: 259-261
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2014.10.026
  • Peer Reviewed
• [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 – 2016-03-22
• [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 – 2016-03-22
• [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 – 2016-01-11
• [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 – 2016-01-11
• [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 – 2015-09-19
• [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 – 2015-09-19
• [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 – 2015-07-10
  • 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/