マルチフェロイクスにおける磁気対称性と誘電性の相関

多铁性材料中磁对称性与介电性的相关性

基本信息

批准号：
08J10458
负责人：
関真一郎
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

最終年にあたる本年度は、前年度までに開拓した三角格子系マルチフェロイクスを利用して、その動的な応答を明らかにするとともに、より新規な物質機能を引き出すことを目的として研究を行った。(1)磁性と誘電性が強く相関した系においては、しばしば振動磁場ではなく振動電場によって磁気励起を駆動できることがあり、こうしたモードはエレクトロマグノンと呼ばれ、マルチフェロイクスに特徴的な素励起として注目されている。本研究では、三角格子反強磁性体CuFe_<1-x>Ga_xO_2を対象とし、その低エネルギーダイナミクスをTHz時間領域分光法を用いて測定した結果、常誘電・共線磁気相においてもエレクトロマグノンが観測されることを発見した。従来のElectromagnonの観測は、すべて強誘電らせん磁性体に限られており、その動的な電気磁気結合は交換歪機構によるとされてきた。しかし、このモデルはCollinearな磁性体にたいしてElectromagnonの発現を予測することができず、本研究で観測されたモードはスピン軌道相互作用に由来する初めてのElectromagnonであると考えられる。また、今回の結果はElectromagnonの発現に強誘電性・らせん磁性はともに必要ないことを示しており、より幅広い物質で同様のモードを観測できることが期待される。(2)前年度に発見した三角格子を伴うマルチフェロイック物質MnI_2を対象とし、回転磁場下での誘電応答について詳細に調べた。この物質では、3.5K以下でProper Screw磁気相への転移と同時に面内方向に強誘電分極が生じる。また、三角格子の対称性を反映して6とおりのマルチフェロイックドメインが存在することもわかっており、面内磁場によるドメイン分布の制御を通じて、磁場を60度回転するごとに分極方向を不連続に120度回転させられることがわかった。さらに、3T以上の磁場の下では異なる磁気変調ベクトルを伴う別のらせん磁気相に転移し、観測される分極の回転パターンが大きく変化することもわかった。特に、2つのらせん磁気相の相境界付近では、磁場を時計回りに一回転するごとに電気分極が反時計回りになめらかに2回転するような特異な電気磁気効果を観測することができた。こうした振る舞いは、2つの磁気相の競合によって磁気変調ベクトルの自由度が増し、その向きを回転磁場によって制御することによって生じていると理解される。

今年的最后一年，我们进行了研究，目的是使用前一年开发的三角形晶格多效应，以阐明这些材料的动态响应并提出更新的材料功能。（1）在磁性和介电性能密切相关的系统中，磁激发通常可以由振荡的电场而不是振荡磁场驱动，并且该模式称为电磁场，并引起人们的注意作为对多效体的特征基本激发。在这项研究中，我们使用THZ时域光谱法调查了三角晶格抗fiferromagnet cufe_ <1-x> ga_xo_2的低能动力学，并发现在对核和共线磁相中也观察到电气磁头。所有常规的电磁观测都限于铁电螺旋磁体，其动态电磁耦合归因于交换应变机制。但是，该模型无法预测共线磁体的电磁体的表达，并且在这项研究中观察到的模式被认为是从自旋轨道相互作用中得出的第一个电磁体。此外，目前的结果表明，电磁体表达不需要铁电和螺旋磁力，并且可以预期可以在更广泛的材料范围内观察到类似的模式。（2）我们详细调查了旋转磁场下的介电响应，以前一年发现的三角形晶格为目标。使用这种材料，铁电偏振在3.5k或更低的平面方向上发生，以及向正确的螺丝磁相的过渡。还知道存在六个多性域以反映三角形晶格的对称性，并且通过通过平面磁场来控制域分布，每次磁场旋转60度时，极化方向可以不连续旋转120度。此外，发现在3T或更高的磁场下，随着磁相传递到具有不同磁调节矢量的另一个螺旋磁相，观察到的极化旋转模式会显着改变。特别是，有可能观察到独特的电磁效应，其中电偏振在磁场的每个旋转方向上平稳逆时针旋转两次。这种行为被理解为是由两个磁相之间的竞争引起的，从而增加了磁调节矢量的自由度，并通过旋转磁场来控制其方向。