| 研究概要 |
本研究で注目したRMnO_3結晶(R=希土類)は磁性と誘電性が強い相関を示す物質として注目を集めている。本研究では磁性と誘電性の結合メカニズムの解明を目指し、一連のRMnO_3単結晶を作製し、結晶軸の切り出しを行った試料に対し磁場下での誘電率、自発分極、結晶格子歪み、および磁化の測定を行った。
その結果、TbMnO_3と同じAサイト平均イオン半径を持つ(Eu,Y)MnO_3結晶において2つの異なる強誘電相を見出した。これら強誘電相の自発電気分極はそれぞれc軸およびa軸に向いており、温度・磁場を変化させることによって、自発電気分極の向きを制御することができることも明らかとなった。また本系ではMn_3dスピンのnoncollinearな反強磁性磁気構造がその強誘電相発現メカニズムのキーとなっており、強磁性成分(螺旋平面に垂直、円錐の頂点方向)と反強磁性伝搬ベクトル(b軸)の外積、すなわちこれら両者と直交する向きに自発電気分極が発生していることが分かった。これは最近の理論的予想とよく一致している。また、a軸(c軸)に磁場を印加することによって自発電気分極の方向をa軸からc軸(あるいはその逆のc軸からa軸)に変化させることが出来ることを検証した。これも先ほどのメカニズムでよく説明されることが分かった。
TbMnO_3の場合と異なり、Aサイトに4f磁気モーメントを持たない希土類イオンを組み合わせた試料において上記のような結果が得られたことから、磁性強誘電相発現にはMnの3dスピンが必要不可欠であり、Aサイトに4f磁気モーメントを持つようなイオンの組み合わせのRMnO_3結晶の場合は、その4f磁気モーメントが内部磁場として働いていることも明らかとなった。
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