| 研究実績の概要 |
本研究では、超高圧下で単結晶中性子磁気回折と電気分極を同時測定する技術を確立し、機能性材料としての応用も期待されているMn系マルチフェロイクス物質に適用して圧力誘起相の電気磁気交差相関性の精密な検証を目指す。本研究では、まず、代表者が開発した単結晶中性子回折用ハイブリッドアンビル式高圧セル(HAC)を用いた焦電法による電気分極測定のための絶縁ガスケットの開発を進めた。具体的には、ミタニライトと呼ばれる厚さ200μmを超える特殊な陽極酸化皮膜をA2017合金ガスケットの絶縁層に用いる手法を開発し、5GPaにおいて500Vの電圧に対して5MΩの絶縁抵抗値を実現した。この値は、焦電法による測定が十分に可能な値である。次の段階として、研究協力者が所有する電気分極測定システムを使用してマルチフェロイクス物質TbMn2O5の高圧下電気分極測定を行う計画であったが、現時点で実現できていない。一方、上記と並行し、HACを用いてTbMn2O5単結晶試料の高圧下中性子回折実験を推進した。代表的な逆格子点の磁気反射強度の温度と圧力依存性の測定に成功し、本研究課題最終年度である令和５年度末の時点で最高6.5GPaまでの温度-圧力相図を完成させた。その結果、加圧によって常圧の2次元格子非整合磁気構造が格子整合(CM)磁気構造に変化し、さらにCM構造の周期が (1/2,0,1/4) → (1/2,0,1/3) → (1/2,0,1/2)と短くなることを明らかにした。本研究開始前に、本物質の1.6GPaまでの圧力下電気分極測定が実施され、加圧下で低温側の電気分極が急増することが知られていたが、本研究の結果、加圧によって、電気分極発現メカニズムが反対称交換相互作用機構から磁気交換歪み機構に変化し、さらにCM構造の周期に対応した磁気交換歪み機構および電気分極値のさらなる変化も予想されることが明らかとなった。
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