2006 Fiscal Year Annual Research Report
磁性強誘電遷移金属酸化物における電気分極の磁場制御
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17540340
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
桑原 英樹 上智大学, 理工学部, 助教授 (90306986)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤星 大介 上智大学, 理工学部, 助手 (90407354)
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| Keywords | 反強磁性体 / 遷移金属酸化物 / 強誘電体 / 自発電気分極 / 誘電率 / 磁場 / スピン / 4f電子 |
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| Research Abstract |
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(R=希土類)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。また本試料の中性子散乱実験を行ったところ、Mn 3dスピンが横滑りスパイラル反強磁性磁気構造を持つことも明らかとなった。このnoncollinearな磁気構造がその強誘電相発現の起源となっており、スパイラル平面に垂直なベクトル(スピンカレント方向)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一致している。さらに平均イオン半径を一定に保ちAサイトに4f磁気モーメントを持つ(Eu,Ho)MnO_3を作製し比較実験を行ったところ、4f磁気モーメントの影響によって自発電気分極の方向が影響を受けることが分かった。またTbMnO_3と比較すると磁場誘起電気分極フロップの臨界転移磁場が著しく減少しており、これはAサイトに局所歪みが導入されたことによるランダムネスの効果ではないかと考えられる。
上記研究に平行して新規磁性強誘電遷移金属酸化物の開拓を目指してコバルトを含む新しい一連の酸化物結晶の磁場下での誘電特性測定を行った。強誘電相は見いだせなかったものの、低温で非常に大きなmagnetocapacitanceを観測した。また磁場の印加により焦電性を示すことも見いだし、現在この磁場誘起焦電性やその磁性-誘電性結合のメカニズムを詳細に検討している。
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