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3. 外部磁場による MnWO 4 の電気分極の反転
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–2°
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図3 磁場をb軸から少し傾けて 12テスラから8テスラまで下げ て、その後再び磁場を増加させた ときのa軸方向の電気分極の変 化。(a)では磁場方向は一定、(b) では磁場増加時のみ磁場の傾きの 方向を逆にしている。
MnWO4は、本研究分野で2006年に発見した磁性強誘電体である。そ の際、低温でb軸方向に発生する電気分極が10テスラ以上の磁場をb軸方 向に印加するとa軸方向に90度回転することを報告した。本年は、磁場が b軸から少しずれた場合の効果について調べたところ、b軸から少し磁場方 位を傾けることで、電気分極が90度回転する際の回転方向が一義的に決ま ることが分かった。この効果を利用することにより、図3のように磁場の 上下の際にその方位をずらすことで電気分極を反転することに成功した。
なお、本研究は金属材料研究所の岩佐教授との共同研究として行われ、
実験には強磁場超伝導材料研究センターを利用した。
4.TbMnO
3の巨大電気磁気効果の微視的機構の解明
TbMnO3は低温の強誘電相で磁場を印加するとc軸方向からa軸方向
へと電気分極が90度回転する。この際の磁気構造の変化をスピン偏極中 性子回折によって調べた。bおよびc軸成分によるMnのらせん磁気構造 のc軸成分が消えてかわりにa軸成分が出現することが明らかになった。
また、この磁気構造変化と同時に、磁場によって、Tbの磁気モーメントの b軸成分が強磁性でa軸成分が反強磁性となる配置をとることも明らかに なった。
なお、本研究は理学研究科物理学専攻の岩佐准教授との共同研究であり、
中性子三軸分光器TOPANを利用して行われた。
5.La
1/2Sr
3/2MnO
4の軌道整列の外場制御
La1/2Sr3/2MnO4はMn正方格子の層がLaとSrの層で隔てられながらc軸方向に積層した構造を持つ擬二次 元物質である。Mnの平均価数は3.5と非整数であるにもかかわらず、低温で電荷と軌道とスピンが整列するため に絶縁体となる。この電荷・軌道整列相では同じ占有軌道を取るサイトが[110]軸あるいは[110]軸方向にストラ イプを形成し、そのため二次元面内に異方性が出現する。しかし、通常はマルチドメイン状態を取り、巨視的な面 内異方性は観察されない。
そこで、軌道ストライプの方向を制御する目的で、単結晶試料に電流を流しジュール熱で軌道整列を融解したの ちに、電流値を徐々に下げて軌道を再整列させた。その結果、磁気異方性が巨視的に現れた。また、偏光顕微鏡で は片方のドメインが成長し、ストライプ方位が揃おうとしていることが分かった。放射光X線実験により、電流 方向に軌道ストライプが向くドメインが支配的となることがわかった。
6.Mn
3O
4の電気磁気効果
Mn3O4はスピネル型構造の酸化物であり、酸素八面体サイトに位置するMn3+イオンのヤーンテラー歪みに起 因して室温より高温から正方晶となっている。50Kより低温ではスピンが配列するが、Mn3+イオンがパイロク ロア型に配置する幾何学的フラストレーションによって、スピンが三角配置となる相、不整合相、整合相と逐次的 な相転移を示すことが知られている。この低温相の磁場効果を調べたところ、立方晶の[100]軸方向に磁場を印加 した場合に0.3%程度の巨大な磁歪が発生し、同時に電気分極が出現することが分かった。
なお、本研究は金属材料研究所の岩佐教授との共同研究として行われ、実験には強磁場超伝導材料研究センター を利用した。
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