マルチフェロイク物質における光に対するローレンツ力の実験的検証

• 研究課題/領域番号: 24244045
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 有馬 孝尚 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (90232066)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 28,730千円 (直接経費: 22,100千円、間接経費: 6,630千円); 2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2014年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2013年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円); 2012年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 方向二色性 / 電気磁気効果 / 光のローレンツ力 / メタホウ酸銅 / 蜂の巣格子 / 蜂の巣構造 / 電気磁気光学

研究成果の概要

磁性と強誘電性を併せ持つマルチフェロイク物質では、光の屈折率が光の進行方向の反転によって変化する現象が観測されている。この現象を応用すると、光に対して擬似的なローレンツ力を与えることが可能になることが予測されている。本研究では、メタホウ酸銅という物質を対象として上記の理論予測に基づいた実験的な研究を行い、磁性強誘電体となる温度領域において実際にローレンツ力が働いていることを検証した。この効果は、光の伝搬方向の磁気的な制御に新たな可能性を与える。
また、メタホウ酸銅に強磁場を印加することで方向二色性が増大し、一方向透明現象が出現することを突き止めた。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetoelectric coupling in the honeycomb antiferromagnet Co4Nb2O9 (2016)
  • 著者名/発表者名: N. D. Khanh, N. Abe, H. Sagayama, A. Nakao, T. Hanashima, R. Kiyanagi, Y. Tokunaga, and T. Arima
  • 雑誌名: physical review B 巻: 93 号: 7
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.075117
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-way transparency of light in multiferroic CuB2O4 (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Toyoda, N. Abe, S. Kimura, Y. H. Matsuda, T. Nomura, A. Ikeda, S. Takeyama, and T. Arima
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 26 ページ: 267107-267107
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.267207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large magnetochromism in multiferroic MnWO4 (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Toyoda, N. Abe, T. Arima, S. Kimura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 号: 5 ページ: 0544171-4
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.054417
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Uniaxial-Stress Control of Spin-Driven Ferroelectricity in Multiferroic Ba2CoGe2O7 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Nakajima, Y. Tokunaga, V. Kocsis, Y. Taguchi, Y. Tokura, T. Arima
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 114 号: 6 ページ: 067201-067201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.114.067201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic control of electric polarization in the noncentrosymmetric compound (Cu,Ni)B2O4 (2013)
  • 著者名/発表者名: N. D. Khanh, N. Abe, K. Kubo, M. Akaki, M. Tokunaga, T. Sasaki, T. Arima
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.184416
  • 査読あり
• [学会発表] CuB2O4における発光の方向二色性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 豊田新悟、阿部伸行、有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Uniaxial-pressure induced multiferroicity (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Arima
  • 学会等名: International USMM & CMSI Workshop
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-01-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetoelectric response in zig-zag antiferromagnetic spin chain MnNb2O6 (2015)
  • 著者名/発表者名: N. D. Khanh, N. Abe, N. Netsu, S. Kimura, Y. Tokunaga, T. Arima
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] ‘One-way transparency of light’ in multiferroic CuB2O4 (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Toyoda, N. Abe, S. Kimura, Y. Matsuda, T. Nomura, A. Ikeda, S. Takeyama, T. Arima
  • 学会等名: International Conference on Magnetism 2015
  • 発表場所: バルセロナ（スペイン）
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] Magneto-Electric Coupling in a Buckled-Honeycomb Antiferromagnet (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Arima
  • 学会等名: Workshop on Topological Magnet
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • 年月日: 2015-05-25
  • 国際学会
• [学会発表] CuB2O4における方向二色性の巨大化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 豊田新悟，阿部伸行，木村尚次郎，松田康弘，野村肇宏，池田暁彦，嶽山正二郎，有馬孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Magnetic structure and magneto-electric effect in Co4Nb2O9 (2015)
  • 著者名/発表者名: N. D. Khanh, N. Abe, R. Kiyanagi, A. Nakao, T. Hanashima, T. Arima
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] フェロイック秩序中の波動関数の位相 (2015)
  • 著者名/発表者名: 有馬孝尚
  • 学会等名: 第2回東北大学リーディング大学院研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-02-19 – 2015-02-21
• [学会発表] Ferroic Spin Order (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Arima
  • 学会等名: International Research Symposium on Chiral Magnetism 2014
  • 発表場所: アステールプラザ（広島県広島市）
  • 年月日: 2014-12-06 – 2014-12-08
  • 招待講演
• [学会発表] メタホウ酸銅の方向二色性に対する強磁場効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 有馬孝尚
  • 学会等名: 山田研究会「電磁応答理論の新展開と先端マテリアルサイエンス」
  • 発表場所: ホテル北野プラザ六甲荘【兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2014-10-02 – 2014-10-03
• [学会発表] Magnetic-field dependence of directional dichroism in CuB2O4 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Arima
  • 学会等名: IMR Workshop on "Research Frontier of Transition-metal Compounds Opened by Advanced Spectroscopies"
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2014-10-01 – 2014-10-02
  • 招待講演
• [学会発表] Toward the electric-field control of magnetization in matter (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Arima
  • 学会等名: 19th International Conference on Ternary and Multinary Compounds
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-05
  • 招待講演
• [学会発表] On directional dichroism in CuB2O4 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Arima
  • 学会等名: 13th Bilateral German-Japanese Symposium
  • 発表場所: ミースバッハ(ドイツ）
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-16
  • 招待講演
• [学会発表] Microscopic Mechanism of Giant Non-reciprocal Directional Dichroism in CuB2O4 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Toyoda, N. Abe, S. Kimura, T. Arima
  • 学会等名: APS March Meeting 2014
  • 発表場所: デンバー(米国)
• [学会発表] Magnetic control of electric polarization in (Cu,Ni)B2O4 (2014)
  • 著者名/発表者名: N. D. Khanh, N. Abe, M. Akaki, M. Tokunaga, K. Kubo, T. Sasaki, T. Arima
  • 学会等名: APS March Meeting 2014
  • 発表場所: デンバー(米国)
• [学会発表] Magnetic control of electric polarization in non-centrosymmetric compound (Cu,Ni)B2O4 (2013)
  • 著者名/発表者名: N. D. Khanh, N. Abe, K. Kubo, M. Akaki, M. Tokunaga, T. Sasaki, T. Arima
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2013
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター(東京都文京区）
• [学会発表] 奇パリティ多極子とマルチフェロイック
  • 著者名/発表者名: 有馬 孝尚
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス（広島県東広島市）
  • 招待講演
• [学会発表] 電子スピンが並ぶと何生まれるか
  • 著者名/発表者名: 有馬 孝尚
  • 学会等名: 理研セミナー中性子シリーズ第7回
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県和光市）
• [学会発表] Ferroics:Unique Physical Responses Induced by Symmetry Breaking
  • 著者名/発表者名: T.Arima
  • 学会等名: ICYS Workshop FY2012
  • 発表場所: ホテルエピナール那須(栃木県那須郡那須町)
  • 招待講演
• [学会発表] マルチフェロイクスと量子ビーム
  • 著者名/発表者名: 有馬 孝尚
  • 学会等名: ＣＭＲＣ研究会「ARPES,中性子散乱,μＳＲを用いた強相関系研究の最新の発展」
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県つくば市）
• [図書] マルチフェロイクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 有馬孝尚
  • 総ページ数: 145
  • 出版者: 共立出版