Magnetic-field-induced transition in the lattice modulation of colossal magnetoelectric GdMnO and TbMnO compounds

巨大磁気誘電化合物GdMnOとTbMnOの格子変調の磁場誘起転移

有馬 孝尚*; 後藤 剛史*; 山崎 裕一*; 宮坂 茂樹*; 石井 賢司; 坪田 雅己; 稲見 俊哉; 村上 洋一*; 十倉 好紀*

Arima, Takahisa*; Goto, Tsuyoshi*; Yamazaki, Yuichi*; Miyasaka, Shigeki*; Ishii, Kenji; Tsubota, Masami; Inami, Toshiya; Murakami, Yoichi*; Tokura, Yoshinori*

強磁場下での単結晶放射光X線回折実験を磁気誘電化合物GdMnOとTbMnOで行った。低温で磁場の印加によって誘起される//aの強誘電相は斜方晶のb軸方向へのq=1/2と1/4の整合な格子変調によって特徴づけられる。この格子変調は変調ベクトル(0 1/4 1)の反強磁性スピン配列によるものである。スピン構造の変化は直接磁場誘起誘電相転移と関係づけられる。なぜなら、いかなる(0 1/4 1)の整合スピン変調はPbnm空間群を持つ歪んだペルブスカイトの軸に垂直な映心面を壊すからである。

Single-crystal synchrotron X-ray diffraction measurements in strong magnetic fields have been performed for magnetoelectric compounds GdMnO and TbMnO. It has been found that the //a ferroelectric phase induced by the application of a magnetic field at low temperatures is characterized by commensurate lattice modulation along the orthorhombic axis with q=1/2 and q=1/4. The lattice modulation is ascribed to antiferromagnetic spin alignment with a modulation vector of (0 1/4 1). The change of the spin structure is directly correlated with the magnetic-field-induced electric phase transition, because any commensurate spin modulation with (0 1/4 1) should break glide planes normal to the axis of the distorted perovskite with the space group.