2019 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 / ハニカム格子 / 三角格子 / 縦横揺らぎ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、昨年度実施したスピンダイマー系とは異なる、新たな磁性体Co4Nb2O9の電気磁気効果を調べた。この物質では、磁性を有するCo原子がハニカム格子を形成するため、Co原子は点群C3の環境下にあり、空間反転対称性の破れを反映して電気磁気効果が観測されている。興味深い実験結果は、反強磁性秩序相において、磁場をハニカム面内に加えて180度回転すると、電気分極が360度回転する点にある（磁場回転プロセス）。一方、磁場の方向を変えず、磁場の向きだけを反転すると、電気分極の符号が反転する（磁場反転プロセス）。一見すると矛盾しているように見える2つの結果について、物質の対称性に基づいて考察した。まず、磁場回転プロセスについては、Co原子が置かれたC3の点群対称性を反映し、スピン演算子の積で定義される四極子が電気分極の起源であることがわかった。一方、磁場反転プロセスは、物質の空間群P-3c1を考慮に入れ、対称性で結びついた4つのCoサイトを考慮することで説明できることがわかった。さらに、この理論が成り立つ場合、Co4Nb2O9が示すべき光応答について、様々な二色性（円二色性、自然円二色性、磁気円二色性、方向二色性）がどのような実験状況下で現れるか、対称性に基づき提案した。このように、複雑な結晶構造を有する磁性体が示す不思議な電気磁気効果は、磁性原子が置かれた点群の対称性と、複数の磁性原子サイトの対称性による結びつきを表す空間群から理解できることを明らかにした。他の結晶構造の磁性体が示す電気磁気効果についても同様に理解できるため、普遍的な理論の提出として理解される。
また、国内外の実験グループと共同で、三角格子反強磁性体の圧力誘起量子臨界点に伴う磁気励起構造の変化には、ノンコリニアな磁気構造の縦揺らぎと横揺らぎの混成が重要な役割を果たしていることを、実験・理論の両面から明らかにした。
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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
研究計画のように、電気磁気効果の基礎理論を、複雑な結晶構造を持つハニカム格子反強磁性体に適用し、複数の実験事実を、対称性に基づいた理論だけから説明できることを示した。この理論は他の結晶構造の磁性体にも同様に適用でき、普遍的で、かつ、実用的であることを示すことができた。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 |
前年度では、実験グループと共同で、スピンダイマー系物質TlCuCl3において、光の電場成分による電子スピン共鳴が観測されていることを報告した。これをさらに発展させ、磁場誘起秩序相においては、光の電場成分に加えて、磁場成分による通常の励起も可能になるため、電場励起と磁場励起による干渉効果として、方向二色性が現れることが予想される。これについて、実験グループと協力して研究を進める計画である。
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| Causes of Carryover |
2020年度において、低温物理学に関する国際会議が開催される。本研究で得られた成果を、そららの国際会議において発表する計画であり、そのための予算を次年度以降に残しておくこととした。
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Research Products
(16 results)
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[Presentation] CsFeCl3の圧力誘起磁気相のESRによる研究2019
Author(s)
鈴木哲平, 奥藤涼介, 齋藤佑, 原茂生, 櫻井敬博, 高橋英幸, 大久保晋, 太田仁, 松本正茂, 栗田伸之, 田中秀数
Organizer
日本物理学会 ２０１９年 秋季大会
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