スピン誘導型強誘電体における一軸圧力誘起巨大電子分極の機構解明

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スピン誘導型強誘電体は、磁性と誘電性間の非自明な交差相関を示す機能性物質群であり、超低消費電力・高速応答の電子デバイスへの応用が期待されている。しかしながら、分極値の本質的な小ささが実用上の問題点の一つである。スピン誘導型強誘電体CuFeO2では、外場として一軸圧力を用いることで、電気分極を大幅に増大することが出来る。この分極増大は、昔から知られた単なる圧電効果によるものではないことが判明しており、一軸圧力によってFe-O間の共有結合性が増したことによる、磁気構造と結合した新しい機構による電子分極が新たに発現したためであると考えられる。本研究では、この新規電子分極の発現機構を解明し、実用上の問題点であった分極値の小ささを改善する新たなアプローチの確立を目的としている。研究代表者は、この目的達成のために、一軸圧力下における CuFeO2の結晶構造や、FeとOの電子状態を解明する必要があると考えており、一軸圧力下での放射光回折実験によってそれを達成しようとしている。2022年度は、2021年度に引き続き一軸圧力下での放射光回折実験をKEK photon factoryにて実施し、一軸圧力下におけるCuFeO2の結晶構造や、Feの電子状態について、新たな知見を得ることが出来た。2023年度は、この実験結果を元に、磁気構造と結合した新しい機構による分極発現のモデル化と電気分極計算に取り組み、投稿論文としてまとめる。