Ferroelectricity induced by incommensurate-commensurate magnetic phase transition in multiferroic HoMnO

マルチフェロイックHoMnOにおける格子不整合-整合磁気相転移により誘起された強誘電性

木村 宏之*; 鎌田 陽一*; 野田 幸男*; 金子 耕士   ; 目時 直人   ; 近 桂一郎*

Kimura, Hiroyuki*; Kamada, Yoichi*; Noda, Yukio*; Kaneko, Koji; Metoki, Naoto; Kohn, Key*

MnO(=rare earth, Bi, Y)は巨大電気磁気効果(CMR効果)を示す物質として知られている。CMR効果を示す物質の共通な性質として、磁気秩序と誘電秩序が共存するマルチフェロイック状態があるが、二つの秩序の微視的な相関はまだ明らかにされていない。われわれはその微視的相関を明らかにするために、磁場中中性子回折実験を行って、磁場誘起微視的磁性と誘電性との関係を調べた。その結果、磁場印加によって強誘電相が出現するHoMnOにおいて、誘電相転移と同時に格子不整合-整合磁気相転移が起こることを見いだした。得られた結果から誘電性及び磁性における相境界が完全に一致し、格子整合磁気相でのみ強誘電相が現れることがわかった。このことは、この系で現れる誘電相転移が磁気相転移によって引き起こされ、さらに強誘電相にとって格子整合磁気構造が必須であることを示している。

Neutron diffraction measurements under high magnetic fields in multiferroic HoMnO have revealed a clear relationship between microscopic magnetism and field-induced ferroelectricity. The applied magnetic field induces a first-order phase transition from an incommensurate magnetic order to a commensurate magnetic order, where a spontaneous electric polarization occurs. The one-to-one correspondence between the magnetic phase diagram and the dielectric phase diagram under magnetic field clearly indicates that the electric polarization is magnetically induced and the commensurate magnetic structure is indispensable to the ferroelectricity in the multiferroic MnO system.