2017 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental Tests for Current-Induced Magnetic Effect in Magnetic Metals with Toroidal Moments
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15K13509
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
網塚 浩 北海道大学, 理学研究院, 教授 (40212576)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | トロイダル磁気秩序 / 電気磁気効果 / 強相関電子系 / 反対称スピン軌道結合 / 拡張多極子 / 反強磁性体 / ウラン化合物 / 電流誘起磁化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
奇パリティ拡張多極子の一つであるトロイダルモーメントが整列した系において理論的に予想された新奇な電気磁気効果を実験で検証することが本研究の目的である。現実の強的トロイダル秩序系として最有力候補である層状ウラン化合物UNi4Bの単結晶を用い、層に垂直にトロイダルモーメントが整列した低温秩序相において電流によって磁化が誘起される現象、およびゼロ磁場で電流の自乗に比例してホール電場が発生する現象の理論予想に関する検証を進めてきた。
2015年度の実験から確かに電流誘起磁化現象が本系で生じることを確認したが、電流方向と誘起磁化の異方性に理論と整合しない事実があることがわかった。そのため、本系のトロイダル秩序構造を再検証する必要があることがわかった。そこで、放射光X線回折を用いた精密結晶構造解析および中性子回折実験を用いた磁気構造解析に着手した。X線回折実験の結果、本系の結晶構造は、過去に２例報告されている構造のうち対称性の低い直方晶構造であることを明らかにした。このことより理論と実験の差違がトロイダルモーメントの傾きによって説明できる可能性が示唆され、さらに考察を進めている。中性子回折実験については、国内では規制によって実施できないため、チェコ共和国カレル大学、ドイツ・ブラウンシュヴァイク大学との国際共同研究を進め、海外にて大型単結晶を作製することに成功し、実験を進めている。
また、実験の信頼性を検証するため、同程度の転移温度を持つ別の反強磁性体２つを用いて対照実験を行った。その結果、これらの系においても同様の現象が生じていることが明かとなった。特に一方の物質では、温度変化によって生じる磁気秩序構造の変化に対応して電流誘起磁化が変化する振る舞いが明らかになり、実験の信頼性の確証を得ると同時に、同現象の起源を探る上で重要な物質となり得ることを新たに提示した。
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