| 研究概要 |
本研究では、巨大電気磁気効果(静的な応答)と巨大光学的電気磁気効果の発現を目指した磁性強誘電体の開拓を行う。今年度は、外部磁場の印加により電気分極のフロップ現象を示すペロブスカイト型RMnO_3の強誘電相の全貌を明らかにするため、希土類元素の希土類元素Rを置換した場合のRMnO_3全系における希土類元素半径-温度-磁場空間での「電気分極」に関する相図を明らかにした。また希土類元素の混晶、特に(Tb_<1-x>Gd_x)MnO_3でのTbとGdの組成比の調整により、強誘電相の相境界における臨界状態相制御を行い、より低臨界磁場における巨大電気磁気応答を実現した。磁気モーメントを主に担うf電子と電気分極を担うd電子間のf-d相互作用は、外部印加磁場を増幅して、Mnサイトのスピン構造に変調を加える。希土類元素のスピン異方性(ハイゼンベルグ性(Gd)、イジング性(Tb))の異なる混晶系での詳細な研究により、磁場誘起電気分極フロップの機構に関する知見が得られた。一方で、放射光光源と超伝導マグネットを用いた磁場中でのX線散乱実験により、本系において磁場誘起電気分極フロップが生じた際の結晶及び磁気構造に関する知見が得られた。その結果、磁場誘起電気分極フロップが、f-d相互作用により希土類元素のスピンと強く結合したMn元素の磁気構造、特にスピンのスパイラルあるいはヘリカル構造に起因した効果であることが明らかとなった。また、同じ磁性強誘電体の一つであるRMn_2O_5においても、低磁場での巨大電気磁気応答を実現した。
一方で、光学的電気磁気効果の候補物質として、強誘電体BaTiO_3(もしくはSrTiO_3)にEu, Er, Yb等をドープした物質を取り上げた。今年度は、これらの物質の浮遊帯域溶融法による大型良質単結晶の育成に成功した。これらを用いて、電気分極と磁性スピンの存在により光学的電気磁気効果に起因した発光スペクトルの測定を今後行う。
|
