2015 Fiscal Year Annual Research Report
一軸圧力が誘起するスピン・格子結合系の新奇交差相関応答の探索とその起源の解明
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25800203
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中島 多朗 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員 (30579785)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | マルチフェロイック / 一軸応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の成果をふまえて、これまで確立した一軸応力の手法を発展的に用いて、物質の対称性を外的に操作することで新たな物性を開拓することを目指して研究に取り組んだ。
H27年度に特に大きな成果となったものとしてマルチフェロイック物質DyFeO3の圧電磁気効果の研究があげられる。この系は(歪んだ)ペロブスカイト型の結晶構造を持ち、Dy原子、及びFe原子の持つ磁気モーメントが、「G型」と呼ばれる隣り合う磁気モーメントが互いに逆向きの配置を取るような反強磁性秩序を示すことが知られていた。また、このDyとFeの磁気モーメントが秩序した状態(4 K以下)において結晶のc軸方向に磁場に磁場を加えると強誘電性が生じることがすでに報告されていたが、ゼロ磁場の基底状態は強誘電性も強磁性も示さない反強磁性状態であることが分かっていた。我々はこの反強磁性状態がもつ対称性を考察し、結晶の[110]方向に一軸応力を加えると、これに垂直なc軸方向の２回回転対称を残してその他の対称性が破れ、(弱)強磁性と強誘電性が同時に誘起されることを予想した。これを実証するため、DyFeO3の単結晶を用いて一軸応力下の電気分極測定及び磁化測定を行った。その結果、対称性から予想されるとおり、加えた一軸応力の大きさに比例した電気分極と自発磁化を観測することに成功した。さらにこの自発磁化を外部磁場の印加によって反転させると、電気分極も同時に反転していることが明らかになり、この強誘電性が磁気的な対称性の破れに起因するものであることが明らかになった。これは、磁気構造の対称性を一軸応力によって制御することによって電気分極と磁化を同時に誘起することができる「(スピン起源の)圧電磁気効果」として最初の実験例となるものであり、これをまとめた論文はPhysical Review Letters誌に掲載された。
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