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Analysis of glass behavior of Lu$$_{2}$$Fe$$_{3}$$O$$_{7}$$ with distributed equivalent circuit model

パラメータ分布させた等価回路によるLu$$_{2}$$Fe$$_{3}$$O$$_{7}$$の電荷グラス状態の解析

深田 幸正*; 福山 諒太*; 藤原 孝将*; 吉井 賢資; 重松 圭*; 東 正樹*; 池田 直*

Fukada, Yukimasa*; Fukuyama, Ryota*; Fujiwara, Kosuke*; Yoshii, Kenji; Shigematsu, Kei*; Azuma, Masaki*; Ikeda, Naoshi*

Lu$$_{2}$$Fe$$_{3}$$O$$_{7}$$のインピーダンス測定を行った。この系は、電子強誘電体${it R}$Fe$$_{2}$$O$$_{4}$$ (${it R}$:希土類)の関連系であり、鉄スピンによる磁気秩序と、鉄イオンが実空間で秩序化することによる誘電性が重畳したマルチフェロイック系である。得られた実験データを説明するため、抵抗成分と容量成分がそれぞれ分布を持って直列接続した新しい等価回路を提案した。このモデルにより数値解析を行ったところ、温度履歴を記憶することによるエージング効果やメモリ効果といった電荷自由度のグラス的挙動が見いだされた。このようなグラス的挙動は非平衡物理の問題として長年研究されているが、標記の系で見いだされたのは初めてであり、本系の性質について一石を投じる結果である。他にいくつかの興味深い現象も見いだされた。例えば抵抗成分と容量成分の間には比例関係があることが見いだされたが、これは鉄電荷が秩序化することによる誘電性の存在を支持する結果である。

We report an analysis of the dielectric glasslike state of the spin- and charge-ordered system Lu$$_{2}$$Fe$$_{3}$$O$$_{7}$$, which has structural and physical properties analogous to those of the electronic ferroelectrics ${it R}$Fe$$_{2}$$O$$_{4}$$ (${it R}$: rare earth). Aging and memory effects of resistivity were found in the electric impedance response. We performed a numerical analysis with equivalent electric circuits that have a logarithmic Gaussian distribution of resistance and capacitance. The distribution parameters well explained the glassy nature of the electric and dielectric properties between 100 and 200 K and the distribution variations of charge- and magnetic-ordered domains underlying the glass nature.

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