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2020 年度 実績報告書

量子磁性体の電気磁気効果と非相反応答

研究課題

研究課題/領域番号 17H02917
研究機関東北大学

研究代表者

木村 尚次郎  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20379316)

研究分担者 川股 隆行  東北大学, 工学研究科, 助教 (00431601)
田中 秀数  東京工業大学, 理学院, 教授 (80188325)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード電気磁気効果
研究実績の概要

TlCuCl3のマグノンボースアインシュタイン凝縮相のミリ波帯に現れる励起モードにも方向二色性が生じる事を明らかにし、マイクロ波領域でのゴールドストーモードの場合と同様に、電気分極測定から決定した係数テンソルを用いて久保理論から計算した理論値によってその二色性強度が良く説明できる事を示した。さらに、このミリ波帯のESR信号の温度変化を詳細に測定し、常磁性相からマグノンボース凝縮相への相転移挙動を調べた。過去のNMR測定からTlCuCl3のマグノンボース凝縮による磁気転移は弱い一次転移である事が報告されているが、我々の測定から約6Tの量子臨界点に近づくにつれて一次転移の共存領域が広がる振る舞いが明らかとなった。一方、対称性に基づいた考察からは、TlCuCl3の磁気秩序変数と電気分極それぞれの奇数項の積が不変項になっている。このことから、一次転移の原因が量子揺らぎと電気分極に関係している可能性があるが、今後更なる検討が必要である。また、擬一次元量子磁性体BaCo2V2O8について行った偏光を用いた強磁場ESR測定から明らかになったこの物質の磁場誘起朝永ラッティンジャー液体相の磁気励起モードの選択則について考察を行った。その結果、通常の光学遷移では禁制な波数k = πおよびπ/2の励起状態への遷移が、BaCo2V2O8の四周期の結晶構造に由来した二倍、および四倍周期の摂動的磁気相互作用による状態混成と、本課題で提案しているスピンと電気分極の動的な結合によって生じていることとが示された。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Electric dipole active magnetic resonance and nonreciprocal directional dichroism in magnetoelectric multiferroic materials in teraheltz and millimeter wave regions2021

    • 著者名/発表者名
      S. Kimura, N. Terada, M. Hagiwara, M. Matsumoto and H. Tanaka
    • 雑誌名

      Appl. Magn. Reson.

      巻: 52 ページ: 363-378

    • DOI

      10.1007/s00723-020-01307-w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrical switching of the nonreciprocal directional microwave response in a triplon Bose-Einstein condensate2020

    • 著者名/発表者名
      S. Kimura, M. Matsumoto and H. Tanaka
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 124 ページ: 217401 (1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.217401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-driven ferroelectricity in the quantum magnet TlCuCl3 under high pressure2020

    • 著者名/発表者名
      K. Sakurai, S. Kimura, S. Awaji, M. Matsumoto and H. Tanaka
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 102 ページ: 054409 (1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.064104

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetochiral dichroism in a collinear antiferromagnet with no magnetization2020

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, N. Abe, S. Kimura, Y. Tokunaga and T. Arima
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 124 ページ: 217402 1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.217402

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Imaging switchable magnetoelectric quadrupole domain via nonreciprocal linear dichroism2020

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, T. Katsuyoshi, Y. Sawada, S. Kimura and T. Kimura
    • 雑誌名

      Communications Materials

      巻: 1 ページ: 39 1-9

    • DOI

      10.1038/s43246-020-0040-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Multiferroic behaviors in the quantum spin dimer systems2021

    • 著者名/発表者名
      S. Kimura
    • 学会等名
      International workshop on quantum magnets in extreme condition
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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