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スピンフラストレーション系における磁性と誘電性の交差相関の研究

Research Project

Project/Area Number09J02745
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics/Chemical physics
Research InstitutionTokyo University of Science
Research Fellow 中島 多朗  Tokyo University of Science, 理学研究科, 特別研究員(DC-2)
Project Period (FY) 2009 – 2010
Project Status Completed(Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥1,200,000 (Direct Cost : ¥1,200,000)
Fiscal Year 2009 : ¥1,200,000 (Direct Cost : ¥1,200,000)
Keywordsスピンフラストレーション / マルチフェロイック / 三角格子反強磁性体 / 中性子散乱
Research Abstract

本研究では「スピンフラストレーション系における磁性と誘電性の交差相関の起源を実験的なアプローチから解明する事」を目的として、特に近年その磁性と誘電性の共存が注目を集めている三角格子反強磁性体CuFeO_2についての実験を行ってきた。CuFeO_2は基底状態から結晶のc軸方向に磁場を加える事により現れる第一磁場誘起相において強誘電性を発現するMultiferroic物質であり、その強誘電相の磁気構造については我々のグループが2007年に「プロパースクリュー型」の磁気構造である事を提案した。しかしながら、微視的理論と比較してこの系の磁気誘起強誘電性の起源を議論するためには、この時点での磁気構造解析の精度は不十分であった。そこで、本研究では4軸中性子回折と三次元中性子偏極解析という二つの手法を相補的に用いた精密磁気構造解析を行い、この系の強誘電相の磁気構造が確かにらせん軸を[110]方向に向けたプロパースクリュー型の構造である事を実験的に示した。これにより、この系の強誘電性の微視的起源は、代表的Multiferroic物質であるTbMnO_3などで成功を収めた「Spin-current model(P∝e_<ij>×(S_i×S_j))」ではなく、2007年にArimaによって提示された「d-p hybridization model」によって良く説明される事を実験的に示すことができた。この成果は、これまで「スピンが誘起する強誘電分極」の微視的起源として確立されていた二つのモデル、「交換磁歪モデル」「Spin-current model」に続いて、この「d-p hybridization model」が第三のモデルとして位置づけられる事を実験的に示すものであり、今後のスピンによって駆動される強誘電性の研究に新たな道を開く物になると期待される。この他にも、本研究では、この系の強誘電性に対して不純物置換や外部磁場の印加がどのような影響を与えるかを、中性子散乱と焦電測定を中心とした実験手法により詳細に探査し、論文として発表した。

Report

(1results)
  • 2009 Annual Research Report

Research Products

(15results)

All 2010 2009

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Anisotropic magnetic field responses of ferroelectric polarization in a trigonal multiferroic CuFe1-xAlxO2(x=0.015)2010

    • Author(s)
      T.Nakajima, et al.
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW B 81

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Charge disproportionation associated with spin ordering in delafossite CuFeO2 as seen via resonant x-ray diffraction2010

    • Author(s)
      N.Terada, T.Nakajima, et al.
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW B 81

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric field dependence of magnetic correlation in magneto-electric multiferroic CuFe1-xAlxO22010

    • Author(s)
      T.Nakajima, et al.
    • Journal Title

      Journal of Physics : Conference Series 200

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dielectric relaxation in a nonferroelectric phase of magnetoelectric multiferroic CuFeO22010

    • Author(s)
      S.Mitsuda, M.Yamano, K.Kuribara, T.Nakajima, et al.
    • Journal Title

      Journal of Physics : Conference Series 200

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exchange-striction associated with the elliptical proper helical magnetic structure in the ferroelectric phase of CuFe1-yGayO22010

    • Author(s)
      N.Terada, T.Nakajima, et al.
    • Journal Title

      Journal of Physics : Conference Series 211

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comprehensive study on ferroelectricity induced by a proper-screw type magnetic ordering in multiferroic CuFeO2 : Nonmagnetic impurity effect on magnetic and ferroelectric order2009

    • Author(s)
      T.Nakajima, et al.
    • Journal Title

      PHYSICAL REVIEW B 79

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evidence for large electric polarization from collinear magnetism in TmMnO32009

    • Author(s)
      V.Yu Pomjakushin, M.Kenzelmann, A.Donni, A.B.Harris, T.Nakajima, et al.
    • Journal Title

      NEW JOURNAL OF PHYSICS 11

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      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] マルチフェロィックCuFe1-xAlxO2における電気分極の電場敏感性の磁場制御2010

    • Author(s)
      中島多朗, 他
    • Organizer
      日本物理学会第65回年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学津島キャンパス
    • Year and Date
      2010-03-22
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  • [Presentation] マルチフェロィックCuFeO2の基底状態4-sublattice相における異常分極メモリー効果2010

    • Author(s)
      山崎裕恵, 山野元義, 前嶋優一, 中島多朗, 他
    • Organizer
      日本物理学会第65回年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学津島キャンパス
    • Year and Date
      2010-03-22
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  • [Presentation] 磁性強誘電マルチフェロイックCuFe1-xGaxO2の磁気相転移における-軸応力効果2010

    • Author(s)
      吉冨啓祐, 高橋慶一郎, 佐野学, 増田一也, 中島多朗, 他
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      日本物理学会第65回年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学津島キャンパス
    • Year and Date
      2010-03-22
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチフェロイックCuFeO2の4-sublattice磁気相に固有な緩和型誘電分散の磁場変化2010

    • Author(s)
      山野元義, 長途大輔, 中島多朗, 他
    • Organizer
      日本物理学会第65回年次大会
    • Place of Presentation
      岡山大学津島キャンパス
    • Year and Date
      2010-03-22
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチフェロイックCuFe1-xAlxO2の強誘電相における磁気相関長の電場依存性2009

    • Author(s)
      中島多朗, 他
    • Organizer
      日本物理学会2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本大学黒髪キャンパス
    • Year and Date
      2009-09-28
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  • [Presentation] 共鳴X線回折によるCuFeO2の超格子反射の観測2009

    • Author(s)
      寺田典樹、中島多朗, 他
    • Organizer
      日本物理学会2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本大学黒髪キャンパス
    • Year and Date
      2009-09-28
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric field dependence of magnetic correlation in magneto-electric multiferroic CuFe1-xAlxO22009

    • Author(s)
      T.Nakajima, et al.
    • Organizer
      International Conference on Magnetism 2009
    • Place of Presentation
      Karlsruhe(Germany)
    • Year and Date
      2009-07-28
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Dielectric relaxation in a nonferroelectric phase of magnetoelectric multiferro is CuFeO22009

    • Author(s)
      S.Mitsuda, M.Yamano, K.Kuribara, T.Nakajima, et al.
    • Organizer
      International Conference on Magnetism 2009
    • Place of Presentation
      Karlsruhe(Germany)
    • Year and Date
      2009-07-28
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      2009 Annual Research Report

URL :

Published : 2009-04-01   Modified : 2016-04-21  

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