マルチフェロイックMnOにおける磁場誘起誘電相転移と格子不整合-整合磁気相転移

Magnetic field-induced dielectric phase transition and incommensurate-commensurate magnetic phase transition in multiferroic compounds of MnO

木村 宏之*; 脇本 秀一  ; 鎌田 陽一*; 野田 幸男*; 加倉井 和久; 金子 耕士   ; 目時 直人   ; 近 圭一郎*

Kimura, Hiroyuki*; Wakimoto, Shuichi; Kamada, Yoichi*; Noda, Yukio*; Kakurai, Kazuhisa; Kaneko, Koji; Metoki, Naoto; Kon, Keiichiro*

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と、それとは逆に強誘電相が消失するErMnO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と磁性の温度-磁場相図を描いてみると、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。

MnO( rare earth, Bi, Y) systen achieves a multi-ferroic state where magnetic and ferroelectric orders coexist. We have performed neutron diffraction under magnetic field to study the correlation between field-induced magnetism and ferroelectricity. T-H phase diagram of the magnetic and electric states for two samples, HoMnO and ErMnO, shows perfect agreement between the commensurate-incommensurate magnetic phase boundary and the ferroelectric transition, evincing that the commensurate magnetic state is essential for the ferroelectric state in this system.