Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

磁気秩序と強誘電秩序が1つの相において共存する物質は、多強性物質(マルチフェロイック物質)と称され、電気磁気効果や巨大な磁気容量効果などの物性と示すことから近年盛んに研究が進められてきている。本研究の目的は、酸化物誘電体において、電気磁気多重極子(電気分極、電荷、スピン、軌道)の相関により生じる電気磁気効果等の新規な現象を探索し、その微視的な起源の解明、これに基づいた新物質の探索を行う事である。そこで本研究では、RMnO_3(R=Tb,Ho,Dy,Y,Ho)およびRFe_2O_4(R=Lu,Y,Eu)系での磁気・誘電相関効果について、試料作製、磁気・誘電測定、放射光x回折実験および電子顕微鏡実験を行い、下記のような研究成果を得た。
(1)GdMnO_3は無磁場下では電気分極を持たないが、b軸方向に磁場を印加することによりa軸方向に電気分極を持つ強誘電相へと転移する。また、TbMnO_3の低温強誘電相でb軸方向に磁場を印加すると電気分極がc軸方向からa軸方向へと90度フロップする。これらの物質の磁場下での強誘電相におけるMnのスピン秩序を強磁場中のX線回折実験により調べた。その結果、磁場誘起相で転移と同時にMnの磁気構造が波数(0 1/4 1)を持つ整合反強磁性相へと転移していることを明らかにした。
(2)(Tb,Dy)MnO_3は反強磁性転移と強誘電転移の2段の転移を有する。この強誘電分極の起源を知るために中性子散乱実験を行った。その結果、中間温度領域における常誘電相ではMnのスピンがb軸方向を向きながらその大きさが正弦波的に変化する共線形反強磁性であるのに対し、低温の強誘電相ではc軸成分が加わった横滑り型らせん磁気構造(サイクロイド磁気秩序)となることを明らかにした。
(3)Wolframite型構造を持つMnWO_4が8Kから12Kの温度領域でらせん磁性と同時に強誘電性を有することを明らかにした。また、この強誘電相でb軸方向に磁場を印加することにより、電気分極がa軸方向へとフロップすることを発見した。
(4)層状鉄酸化物YFe_2O_<4・δ>において、酸素欠損量(δ)を制御した試料作製に成功し、低温領域において[110]方向に3倍、4倍、7倍周期をもつ電荷秩序構造が形成され、誘電磁気特性と強く相関していることを見出した。

【研究分担者】
石原純夫	東北大学	理学研究科	助教授	(Kakenデータベース)
有馬孝尚	東北大学	多元物質科学研究所	教授	(Kakenデータベース)