Magnetic ordering in pressure-induced phases with giant spin-driven ferroelectricity in multiferroic TbMnO

マルチフェロイック物質TbMnOの圧力誘起スピン起源強誘電相における磁気秩序

寺田 典樹*; Khalyavin, D. D.*; Manuel, P.*; 長壁 豊隆  ; 吉川 明子*; 北澤 英明*

Terada, Noriki*; Khalyavin, D. D.*; Manuel, P.*; Osakabe, Toyotaka; Kikkawa, Akiko*; Kitazawa, Hideaki*

マルチフェロイック物質TbMnOについて、圧力/磁場誘起の巨大強誘電分極のメカニズムを解明するため、単結晶試料を用いた高圧および磁場下の中性子回折実験を行った。その結果、この物質のMnスピンの圧力誘起Eタイプ秩序が、交換磁気歪み機構を通して巨大強誘電分極をもたらしていることを明らかにした。さらに、ゼロ磁場でTb磁場モーメントの極性秩序により抑制されていた分極が、2Tで非極性秩序へと転移するため、抑制された分極が解放されて増大するというメカニズムを提案した。

We performed neutron diffraction experiments under high pressures and high magnetic fields using a single crystal of the multiferroic compound TbMnO in order to clarify the mechanism associated with pressure/magnetic-field-induced giant ferroelectric polarization. We found that the E-type ordering of Mn spins induces giant ferroelectric polarization over all the parameter regions investigated, through an exchange striction mechanism. Furthermore, we propose that the polarization is reduced by polar ordering of the Tb moments in a zero magnetic field and is enhanced via the field-induced transition from polar to nonpolar Tb orderings at 2T.