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Pressure-induced polar phases in multiferroic delafossite CuFeO$$_{2}$$

デラフォサイトCuFeO$$_{2}$$における圧力誘起マルチフェロイック相

寺田 典樹*; Khalyavin, D. D.*; Manuel, P.*; 長壁 豊隆; Radaelli, P. G.*; 北澤 英明*

Terada, Noriki*; Khalyavin, D. D.*; Manuel, P.*; Osakabe, Toyotaka; Radaelli, P. G.*; Kitazawa, Hideaki*

強くフラストレートした反強磁性体CuFeO$$_{2}$$において、その磁気秩序に対する圧力効果を、静水圧力下中性子回折実験により研究した。主要な結果は、この物質の圧力-温度相図を明らかにしたことで、その相図は、4つの磁気秩序相で構成されており、そのうち2つは誘電相でもある。特に、3GPa$$<$$P$$<$$4GPaの圧力領域において、プロパースクリュー磁気秩序相(ICM2)が安定化するが、この構造は、磁場あるいはドーピングによって誘起される強誘電相のものと一致することが明らかとなった。さらに、4GPa以上では、新たな低対称のICM3相が現れる。この相は、デラフォサイト型のマルチフェロイック物質群の中でも特有のもので、サイクロイドとプロパースクリューのスピン構造が混合したものと考えられる。この物質で観測される圧力に対する連続した磁気秩序の変化は、大気下では単斜晶へのゆがみによって解消するスピンフラストレーションが、高圧力によって抑制されるためと考えられる。

We have studied the pressure effect on the magnetic orderings in the strongly frustrated antiferromagnet CuFeO$$_{2}$$, by using neutron diffraction experiments under hydrostatic pressure. The main result is elucidation of the pressure-temperature magnetic phase diagram, consisting of the fourmagnetic phases including two polar ones. In particular, in the 3 GPa $$<$$ P $$<$$ 4 GPa pressure range, the ICM2 phase with the proper screw magnetic ordering stabilized. This polar phase is almost identical to the ferroelectric incommensurate (FEIC) phase induced by either a magnetic field or chemical doping. Furthermore, above 4 GPa, a new low-symmetry phase ICM3 is realized. This is unique for the family of delafossite multiferroics and implies an admixture of both cycloidal and proper screw spin configurations. The sequence of the observed magnetic phases with changing pressure might be attributed to pressure suppression of the monoclinic lattice distortions responsible for releasing the spin frustration in the system.

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パーセンタイル:18.1

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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