Spectroscopic study of phenomena arising from magnetoelectric coupling in multiferroics

バルク光起電力効果の機構の一つであり、電子の幾何学的位相を反映した電流として注目されているシフト電流をエレクトロマグノン励起により高効率に実現した。一般的にシフト電流はバンド間遷移などの電子の励起に伴って生じると考えられてきた。一方、磁気励起であるエレクトロマグノン励起に伴うシフト電流が生じることが理論的に提案されている。これはテラヘルツ領域の光起電力効果、加えて光キャリアを伴わない光起電力効果の機構という点で新しい現象である。そこでエレクトロマグノンの性質がよく知られているサイクロイド型磁性体でエレクトロマグノンシフト電流を観測することを目的とした。サイクロイド型磁性体に600 kV/cmの電場振幅をもつ高強度テラヘルツパルスを照射し、同期して流れる電流を電気的に測定した。その結果、バルク光起電力効果による光電流が観測された。テラヘルツ誘起のため光キャリアを生じさせず、加えて予想される熱的効果の10 倍以上の光電流が観測されたことから、観測された光電流がシフト電流であると結論付けた。観測されたシフト電流を、これまでに強誘電体で観測されてきた可視、近赤外領域におけるバルク光起電力効果と定量的に比較すると、同程度の大きさであることが明らかになった。理論研究、第二高調波発生の先行研究との比較からエレクトロマグノンシフト電流の高効率性はマルチフェロイクスの電子分極が大きいことに由来すると推察した。

バルク光起電力効果の機構の一つであり、電子の幾何学的位相を反映した電流として注目されているシフト電流をエレクトロマグノン励起により高効率に実現した。一般的にシフト電流はバンド間遷移などの電子の励起に伴って生じると考えられてきた。一方、磁気励起であるエレクトロマグノン励起に伴うシフト電流が生じることが理論的に提案されている。これはテラヘルツ領域の光起電力効果、加えて光キャリアを伴わない光起電力効果の機構という点で新しい現象である。そこでエレクトロマグノンの性質がよく知られているサイクロイド型磁性体でエレクトロマグノンシフト電流を観測することを目的とした。サイクロイド型磁性体に600 kV/cmの電場振幅をもつ高強度テラヘルツパルスを照射し、同期して流れる電流を電気的に測定した。その結果、バルク光起電力効果による光電流が観測された。テラヘルツ誘起のため光キャリアを生じさせず、加えて予想される熱的効果の10 倍以上の光電流が観測されたことから、観測された光電流がシフト電流であると結論付けた。観測されたシフト電流を、これまでに強誘電体で観測されてきた可視、近赤外領域におけるバルク光起電力効果と定量的に比較すると、同程度の大きさであることが明らかになった。理論研究、第二高調波発生の先行研究との比較からエレクトロマグノンシフト電流の高効率性はマルチフェロイクスの電子分極が大きいことに由来すると推察した。