2018 Fiscal Year Annual Research Report
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17H02917
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
木村 尚次郎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20379316)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川股 隆行 東北大学, 工学研究科, 助教 (00431601)
田中 秀数 東京工業大学, 理学院, 教授 (80188325)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気磁気効果 / 量子スピン系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
TlCuCl3のマグノンボースアインシュタイン凝縮相において、2つの磁気副格子が互いに同位相で歳差運動する磁気励起モードの電磁波吸収が示す方向二色性を228GHzでの強磁場ESR測定によって観測した。この測定によって一昨年度のゴールドストーモードに関するマイクロ波領域での観測に加えて、TlCuCl3がミリ波領域でも方向二色性を示すことが明らかになった。この二色性は、電磁波照射方向の反転の他、電気分極や磁化の反転によっても生じることを確かめた。また、温度変化測定を行って秩序温度以上で方向二色性が消失する振る舞いを観測し、この現象が空間反転対称性と時間反転対称性の両者破れた状態で初めて現れることも確かめた。また、ピストンシリンダー型高圧セルを用いた高圧下での誘電率・電気分極測定を行い、TlCuCl3の強誘電が示す顕著な圧力効果を明らかにした。この測定から、加圧によって強誘電が生じる温度領域は大幅に広がるとともに、静電場によって自発電気分極を反転させるPE履歴曲線に現れるヒステリシス幅が増大することが分かった。これらの振る舞いは、加圧によるダイマー間相互作用の増強によってTlCuCl3がダイマー系から古典的な三次元反強磁性体へと近づいていくことで、量子揺らぎが抑制されていくために生じていることが、微視的なスピンハミルトニアンに基づく理論と現象論的なランダウ理論の両者による詳細な解析から分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
一昨年度のマイクロ波を用いた実験に続き、ミリ波領域でもTlCuCl3が方向二色性を示すことを明らかにできた。また、新たに高圧実験を行ってTlCuCl3の強誘電に関する顕著な圧力効果を観測するなど順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミリ波領域で観測した方向二色性強度の温度、磁場方向、電磁波の照射方向、偏光方向などに関する依存性を詳細に測定する。これまでの測定からTlCuCl3の電気分極とスピン自由度を結びつける係数テンソルが決定されているが、これを用いた理論計算と観測した方向二色性強度を比較することにより、方向二色性な精緻な理解を得る。また、より高周波に現れるスピン伸縮モードに関しても490GHzのESR測定を行い、方向二色性がサブミリ波領域でも現れることも明らかにする。さらに、マグノンボースアインシュタイン相で期待しているマグノンの非相反伝搬を実証するための強磁場熱伝導測定に着手する。
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[Journal Article] Magnetic structural unit with convex geometry: A building block hosting an exchange-striction-driven magnetoelectric coupling2018
Author(s)
K. Kimura, Y. Kato, K. Yamauchi, A. Miyake, M. Tokunaga, A. Mathuo, K. Kindo, M. Akaki, M. Hagiwara, S. Kimura, Y. Motome and T. Kimura
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Journal Title
Phys. Rev. Mater.
Volume: 2
Pages: 104415
DOI
Peer Reviewed
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