| 研究課題/領域番号 |
16J02711
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
上田 大貴 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| キーワード | キラリティ / 電気磁気効果 / 共鳴X線回折 / 磁気ドメイン |
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| 研究実績の概要 |
本研究は結晶や液晶中に内在するキラリティの自由度によって創発される特異物性の開拓と制御を目指すものである。平成29年度は、磁気及び分子配列キラリティを対象とした、磁性と誘電性が密接に結びついた電気磁気結合現象に関する研究において進展が見られた。研究実績の概要は以下の通りである。
キラルな磁気構造を内包する磁性絶縁体、マルチフェロイック物質である複数の六方晶フェライトに対して円偏光X線を用いた共鳴回折実験を行った。その結果、ヘリカル成分と共線的反強磁性成分が、またフェリ磁性成分とサイクロイダル成分が、それぞれY型、Z型六方晶フェライト単結晶試料中に共存していることが分かった。数十μmに径を絞ったビームを用いることでこれらのドメイン構造をそれぞれ独立に観測することに成功した。さらにドメインスケールでの磁場に対する各磁気構造成分の応答を直接観測することで、また単結晶試料を用いた詳細な電気磁気応答を測定することで、これらの六方晶フェライトが示す室温電気磁気効果の起源を明らかにした。
分子配列がキラリティを持つスメクチック液晶材料において、平成28年度までに見出していた電気磁気結合現象、磁場印加による電気分極の誘起に関して、より詳細な誘電測定・解析による実験的研究を進めた。その結果、本電気磁気効果の起源がらせん的分子配向の磁場制御にあることを突き止めた。この結果により、本電気磁気効果がスピン軌道相互作用や交換相互作用などに依らない、キラリティによる空間反転対称性の破れと液晶の持つ柔軟な外場応答性という新奇な起源に基づくものであることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成29年度は磁気構造キラリティおよび分子配列キラリティに関する研究を並行に進めた。磁気構造キラリティに関する研究においては、キラルな磁気構造を持つ室温マルチフェロイクスである六方晶フェライトを対象として、円偏光共鳴X線回折実験を用いた複合磁気ドメイン観測をさらに展開した。本研究者が主導して、異なるタイプの六方晶フェライトの測定や磁場効果などの詳細な測定および解析を行い、同系における電気磁気結合の微視的な理解が進むなど一定の研究の進展が見られた。さらに、ETH ZurichのFiebig研究室に約３か月滞在し、マルチフェロイクスにおける複合ドメイン観測のもう１つの有力な手法として知られる第二高調波発生の測定手法を学んだ。このように多角的な手法で磁気構造キラリティの研究を進め、積極的に自身の研究の幅を広げる活動を行ったという点で評価できる。一方、分子配列キラリティに関する研究では、平成28年度の研究において進展のあった液晶材料における分子配向の磁場による誘電性の制御に関して、磁場下における誘電分散測定など詳細な実験・解析を展開し、分子配向制御による室温電気磁気効果の実現およびその起源の理解を進めた。従来の機構とは異なる室温電気磁気効果の実現が評価され、この成果はApplied Physics Lettersに掲載された。以上のように、本研究者はキラリティに関わる電気磁気結合現象に関する研究を精力的に実施し、新たな成果を生み出しており、研究は期待通り進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度は、以下の方策に沿って研究を進める。
磁気構造キラリティに関して、平成29年度までにドメイン構造の観測に成功したZ型六方晶フェライトSr3Co2Fe24O41において、レーザー照射によるマルチフェロイックドメイン構造の制御に取り組む。実験はSPring-8 BL17SUにて行う予定であり、既にレーザーシステムが構築されている。入射するレーザーの偏光を直線偏光、右円偏光、左円偏光とスイッチングすることで、光照射によるマルチフェロイックドメイン構造描画の実現とその起源解明を目指す。
分子配列キラリティに関して、パルスマグネット等を用いた強磁場を用いた実験を行う。東大/物性研/強磁場科学研究施設及び東北大/金属材料研究所/強磁場超伝導材料研究センターを利用する予定である。強磁場印加による電気磁気応答の巨大化、強磁場が誘起する新奇な電気磁気結合現象の探索を行う。
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