2017 Fiscal Year Research-status Report
Symmetry analysis of spin-dependnet electric dipole and its application to magnetoelectric effects
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17K05516
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
松本 正茂 静岡大学, 理学部, 教授 (20281058)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古賀 幹人 静岡大学, 教育学部, 教授 (40324321)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気磁気効果 / 電気双極子 / スピン / 四極子 / 点群 / パリティ混成 / スピンダイマー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気磁気効果の基礎理論として、スピンに依存する電気双極子を対称性に基づいて分類した。スピンに依存する電気双極子には、１スピンによるものと、２スピンによるものがある。１スピンによる電気双極子では、空間反転対称性が無い点群の場合に出現が可能となる。そこで、空間反転の対称性を持たない点群について、電気双極子のスピン依存性を分類した。また、２つのスピンによって誘起される電気双極子の場合は、周囲の環境は回転とミラーの対称操作に反映される。これらについても、１スピンの場合と同様に、２スピンが持つ対称性に基づいて電気双極子のスピン依存性を分類した。以上の研究は本研究申請時において予備的な研究として開始し、本研究開始の直前に、以下の論文として出版された。"Symmetry Analysis of Spin-Dependent Electric Dipole and Its Application to Magnetoelectric Effects", M. Matsumoto, K. Chimata, and M. Koga, Journal of the Physical Society of Japan, Vol. 86, 034704 (2917) (25 pages).
以上の研究成果の応用として、東北大学の実験グループと共同で、スピンダイマー系において磁場誘起磁気秩序で誘起される電気分極に関する研究をおこなった。２つのスピンによる電気双極子はベクトルスピンカイラリティーで記述され、磁場誘起秩序相における値を理論的に計算し、実験で観測されている電気分極を説明できることを示した。この結果は、電気磁気効果がスピンダイマー系で顕著に現れることを意味し、この分野の今後の研究に新たな可能性を示した。
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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
初年度の研究計画にあるように、電気磁気効果の基礎理論として電気双極子のスピン依存性を対称性に基づいて分類し、論文を出版することができた。これによって、今後の科研費による研究の基盤を築くことができた。次に、その理論を具体的なスピンダイマー系磁性体TlCuCl3へ応用し、東北大学・東京工業大学・大阪大学の実験グループと共同で、磁場誘起秩序相において、電気分極がベクトルスピンカイラリティーで記述されることを確認することができた。また、S=1の４量体物質の磁性に関する研究も、物質・材料機構の実験グループと共同でおこない、新たなスピン４量体を提案し、論文として出版した。この研究についても、スピンダイマー（２量体）系と同様に電気磁気効果を示す可能性があり、今後の本研究を進展させる１つの方向性と考えている。
以上のように、当初の計画の沿ったかたちで研究が進捗しており、本研究は、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に分類したスピンに依存する電気双極子について、その成果を具体的な物質へ応用する研究を実施する。具体的には、実験グループと共同で、スピンダイマー系物質TlCuCl3における電場励起の電子スピン共鳴の研究を計画している。この物質では２つのスピンが強く結合しており、その２つのスピンで形成される電気双極子が電磁波の電場成分と結合し、電子スピン共鳴を起こす可能性を追求し、電子スピン共鳴の新たな側面を明らかにする。スピンダイマー系における電子スピン共鳴では、非秩序相において、電磁波の磁場成分では禁止される励起（禁止遷移）が観測されていた。これは、ジャロシンスキー・守谷相互作用などの対称性を破る弱い磁気異方性のために起こると考えられていたが、電磁波の電場成分による励起であることを確認することで、この分野の未解決な問題に答えを出すことができる可能性があると考えている。
また、対称性の低下にともなって、非相反なマグノン励起が最近提案され、注目を集めている。このような状況の中、電気磁気効果の研究で用いた方法を応用し、非相反なマグノン伝搬についても研究を進める計画である。
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| Causes of Carryover |
現在、アメリカの実験グループとの共同研究を計画している。その際、今後に必要となる可能性のある海外旅費を用意しておくため、初年度の予算の一部を、次年度以降に残しておくこととした。
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Research Products
(10 results)
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[Presentation] 基底一重項磁性体CsFeCl3の圧力誘起量子相転移の中性子散乱研究2018
Author(s)
林田翔平, 萩原雅人, 松本正茂, 栗田伸之, 田中秀数, 上床美也, 伊藤晋一, 左右田稔, Tao Hong, Oksana Zaharko, 益田隆嗣
Organizer
日本物理学会２０１８年年次大会
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