異方的な物性応答を利用した磁気多極子ドメインの制御

• 研究課題/領域番号: 20K03853
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 阿部 伸行 日本大学, 文理学部, 准教授 (70582005)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: マルチフェロイクス / 方向二色性 / 奇パリティ磁気多極子秩序 / 反強磁性ドメイン / ドメイン / 奇パリティ磁気多極子 / 電気磁気効果

研究開始時の研究の概要

反強磁性体は、マクロな磁化が現れず磁場に対しても応答が小さいという特徴から、これまでは主に理学的見地から研究が行われてきた。しかし近年の研究により、らせん磁気秩序によって発現する電気分極や、クラスター多極子に由来する巨大磁気抵抗効果や磁気光学効果など、反強磁性体においても大きな外場応答を示す場合があることが明らかになってきた。本研究では反強磁性体における大きな外場応答の起源の一つである奇パリティ磁気多極子秩序に着目し、非相反光学効果を用いたドメイン観察手法の確立と、異方的な物性応答を利用したドメイン制御について研究を行い、ドメインの存在により顕には現れていなかった物性応答の発現を目指す。

研究成果の概要

本研究では空間反転対称性と時間反転対称性の複合的な破れに伴う新しい物性応答の起源としての奇パリティ磁気多極子秩序に着目し、その物性をマクロな物性応答として検出することを目的として実験を行った。その実現のため、奇パリティ磁気多極子ドメインの可視化と、異方的な物性応答を利用したドメイン制御について研究を進めた。本研究の成果として１．Ba3Fe2O5Cl2などの複数の物質がマルチフェロイクスであることを発見した。２．アキラルな構造を持つ反強磁性体であるMnTiO3や、キラルな結晶構造を持つ有機-無機ハイブリットペロブスカイトにおいて方向二色性が現れることを発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果の中でも特にアキラルな構造を持つ反強磁性体であるMnTiO3における方向二色性の発見は、これまでの研究指針よりも広範囲の物質に適応できる可能性があり、今後の方向二色性を示す物質の新しい探索指針になることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Antiferromagnetic domain wall dynamics in magnetoelectric MnTiO3 studied by optical imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, N. Abe, Y. Tokunaga, T. Arima
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 号: 9 ページ: 094417-094417
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.094417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced Oxygen Transport in Cobalt Double-Perovskite Crystal EuBaCo2O5.39 (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Hada, S. Ohmura, T. Ishikawa, M. Saigo, N. Keio, W. Yajima, T. Suzuki, D. Urushihara, K. Takubo, Y. Masaki, M. Kuwahara, K. Tsuruta, Y. Hayashi, J. Matsuo, T. Yokoya, K. Onda, F. Shimojo, M. Hase, S. Ishihara, T. Asaka, N. Abe, T. Arima, S. Koshihara, Y. Okimoto
  • 雑誌名: Appl. Mater. Today 巻: 24 ページ: 101167-101167
  • DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101167
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antiferromagnetic-to-ferrimagnetic phase transition with large electric-polarization change in a frustrated polar magnet CaBaCo4O7 (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Omi, Y. Watanabe, N. Abe, H. Sagayama, A. Nakao, K. Munakata, Y. Tokunaga, T. Arima
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 号: 18 ページ: 184412-184412
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.184412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto-Electric Directional Anisotropy in Polar Soft Ferromagnets of Two-Dimensional Organic-Inorganic Hybrid Perovskites (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Taniguchi, M. Nishio, N. Abe, P.-J. Huang, S. Kimura, T. Arima, H. Miyasaka
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 号: 26 ページ: 14350-14354
  • DOI: 10.1002/anie.202103121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermally driven commensurate-incommensurate transition tracked by magnetochromism in chiral polar Ni2In0.9Cr0.1SbO6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki Sato, Nobuyuki Abe, Yusuke Araki, Shojiro Kimura, Yusuke Tokunaga, and Taka-hisa Arima
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 102 号: 9 ページ: 094418-094418
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.094418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metamagnetic transitions and magnetoelectric responses in the chiral polar helimagnet Ni2InSbO6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Araki, T. Sato, Y. Fujima, N. Abe, M. Tokunaga, S. Kimura, D. Morikawa, V. Ukleev, Y. Yamasaki, C. Tabata, H. Nakao, Y. Murakami, H. Sagayama, K. Ohishi, Y. Tokunaga, and T. Arima
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 102 号: 5 ページ: 054409-054409
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.054409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetochiral Dichroism in a Collinear Antiferromagnet with No Magnetization (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki Sato, Nobuyuki Abe, Shojiro Kimura, Yusuke Tokunaga, and Taka-hisa Arima
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 124 号: 21 ページ: 217402-217402
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.217402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetically induced electric polarization in Ba3Fe2O5Cl2 with tunable direction in three dimensions (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Abe, S. Shiozawa, K. Matsuura, H. Sagayama, A. Nakao, T. Ohhara, Y. Tokunaga, T. Arima
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 18 ページ: 180407-180407
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.180407
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ハニカム格子反強磁性体BaNi2(PO4)2における電気磁気結合と方向二色性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤樹 , 園山樹 , 渡辺柊 , 車地崇 , 木村尚次郎 , 阿部伸行 , 徳永祐介 , 有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 磁気キラル効果によるMnTiO3の反強磁性磁区イメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤樹，阿部伸行，徳永祐介，有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 極性反強磁性体Fe3PO7における電気磁気効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 荒木勇介，阿部伸行，徳永祐介，有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] ローレンツ透過電子顕微鏡法を用いたスピネル型硫化物Fe1-xCuxCr2S4(x=0.1)の磁気バブル観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 磯貝レオナ，藤間友理，LicongPeng，FehmiSamiYasin，中島清美，XiuzhenYu，阿部伸行，徳永祐介，有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 極性キラル磁性体Ni2InSbO6におけるCo置換効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木勇介，大石一城，阿部伸行，徳永祐介，有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 六方晶希土類金属間化合物DyAuInのc軸磁場下伝導特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 渡辺義人，阿部伸行，徳永祐介，有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会