【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15104006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピン・電荷・光-結合系 / 強相関電子系 / 酸化物エレクトロニクス / 光誘起相転移 / 非線形光学効果 / 量子位相 / 量子スピンホール効果 / 時間分解磁気光学分光 / 遷移金属酸化物 / 電荷秩序 / 磁場誘起強誘電分極フロップ / 異常ホール効果

【研究成果の概要】

固体において電子間の相関によって発現する磁性と光学応答の結合などによる特異機能の探索とその応用について、メンバーの連携の下で以下のような研究を進めた。
(宮野)光誘起相転移などの特異物性の応用を念頭に、薄膜試料作製技術の開拓を進め、薄膜中で構造相転移を許容できる事を実証し、永続的光誘起絶縁体・金属転移や新しいタイプの超巨大磁気抵抗効果を見いだした。(十倉)スピンの幾何学配置が誘電応答に与える効果に着目し、物質開拓を進め、特異な分極やスピンの構造によって生じる光学的電気磁気効果や巨大非線形カー回転効果を発見した。サイクロイド型磁気構造を持つ物質で、ジャロシンスキー守谷相互作用の逆効果を通じて分極が生じた磁性誘起強誘電性を発見した。これらの効果がトロイダルモーメントやスピンカイラリティーといった概念によって特徴づけられることを示した。(鹿野田)分子性結晶を用いて、三角格子量子スピン液体のモット転移近傍で発現する特異なスピン-電荷結合相と超伝導の特異性を明らかにすると共に、電荷-格子強結合現象である中性-イオン性転移の量子臨界揺らぎの観測に成功した。(永長)スピン流の物理を現象に即して理論的に開拓し、熱の発生を本質的には伴わないスピン流が波動現象特有の幾何学的ベリー位相により駆動されることを発見した。スピンと電場、光の結合をターゲットとしてスピンホール効果を絶縁体への拡張、光のホール効果の予言、マルチフェロイック物質の基本的機構を記述する理論を確立した。(五神)多体の電子相関に起因する光機能の開拓を行った。磁性半導体において、磁気カー効果と中赤外過渡分光を組み合わせ、強磁性が磁気ポーラロンを媒介として発現していることを見いだした。テラヘルツ領域の高感度エリプソメトリー法による、非接触ホール効果測定法の開拓、強磁性半導体から磁化に起因する高効率テラヘルツ放射を観測した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2003 - 2007

【配分額】102,700千円 (直接経費: 79,000千円、間接経費: 23,700千円)

【研究分野】固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)

【研究領域課題番号】14540328 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

軌道秩序 / 整合 / 非整合転移 / マンガン酸化物 / TbMnO_3 / 強誘電性 / スピン-軌道-格子相互作用 / 斜方晶ゆがみ / 磁場誘起強誘電分極フロップ / マルチフェロイクス / 磁場誘起誘電率変化 / BiMnO_3 / 強相関電子系 / 強磁性

【研究成果の概要】

本研究期間中、強磁性強誘電体実現の指針に沿って候補となる物質をいくつか探索した。その中でもペロブスカイト型マンガン酸化物TbMnO_3に注目した。この物質は巨大磁気抵抗効果を示すホールドープされたペロブスカイト型マンガン酸化物の母物質の一つで、モット絶縁体である。この物質では斜方晶ゆがみが非常に大きいために、Mnスピン間の最近接、第二近接相互作用の大きさ同じくらいになっでいる。このために、低温でMnスピンが整合あるいは非整合秩序化している。我々はこのTbMnO_3の大型で良質な単結晶試料を浮遊帯域溶融法により作製することに成功した。これによって、構造解析、誘電特性の測定が可能になった。この単結晶試料を用いた放射X線回折実験により、スピンが整合/非整合秩序を生じると同時に、格子及び軌道にも整合/非整合秩序が生じることが明らかとなった。このうち、スピン、軌道、格子の整合秩序が生じる温度領域では、特定の結晶軸方向に自発分極を持つ強誘電性が発生していることが判明した。更に、本物質に磁場を印加することにより、この自発分極は別の方向へとフロップを起こす、いわば磁場誘起強誘電分極フロップ現象という新規な物性を発見した。これは、大きなスピンを有するTb^<3+>スピンが低温で磁場によりフロップし、それに伴いTb-Mnスピン間の相互作用を通してMn^<3+>のスピンがフロップする。このMnイオン内のスピン-軌道-格子相互作用により、磁場誘起強誘電分極フロップ現象が発生していると思われる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)