Atomic reconstruction induced by uniaxial stress in MnP

一軸応力が誘起するMnPの原子再構成

小澤 竜也*; 藤原 理賀 ; 内原 猛*; 満田 節生*; 矢野 真一郎*; 玉造 博夢   ; 宗像 孝司*; 中尾 朗子*

Kozawa, Tatsuya*; Fujihara, Masayoshi; Uchihara, Takeru*; Mitsuda, Setsuo*; Yano, Shinichiro*; Tamatsukuri, Hiromu; Munakata, Koji*; Nakao, Akiko*

圧力は、電子状態と原子配列の両方に作用し、物性を劇的に変化させる可能性を持つ。リン化マンガンMnPでは、約8GPaの等方圧力下において、Mn化合物で初めて、超伝導状態が観測された。本研究では、一軸応力がMnPの磁性および結晶構造に及ぼす影響を調査した。磁化測定と中性子回折実験により、0.04GPaという極めて低い一軸応力で、不可逆的な磁化応答が観測され、同時に、MnP型構造に特有の擬回転対称性を満たす結晶ドメインが誘起されることがわかった。不可逆的な磁化応答は、誘起された新たなドメインの構造により説明できることが判明した。一軸応力によって誘起される結晶ドメインに関する研究は過去に例がなく、我々はこの新現象を「原子再構成(AR)」と名付けることとした。我々は、AR現象に対する理解の深化は、誘電性、弾性、電気伝導、磁性、超伝導を含む物質の異方性を制御する結晶ドメイン工学の創出につながると期待している。

In condensed matter physics, pressure is frequently used to modify the stability of both electronic states and atomic arrangements. Under isotropic pressure, the intermetallic compound MnP has recently attracted attention for the interplay between pressure-induced superconductivity and complicated magnetic order in the vicinity. By contrast, we use uniaxial stress, a directional type of pressure, to investigate the effect on the magnetism and crystal structure of this compound. An irreversible magnetisation response induced by uniaxial stress is discovered in MnP at uniaxial stress as low as 0.04 GPa. Neutron diffraction experiments reveal that uniaxial stress forms crystal domains that satisfy pseudo-rotational symmetry unique to the MnP-type structure. The structure of the coexisting domains accounts for the stress-induced magnetism. We term this first discovered phenomenon atomic reconstruction (AR) induced by uniaxial stress. Furthermore, our calculation results provide guidelines on the search for AR candidates. AR allows crystal domain engineering to control anisotropic properties of materials, including dielectricity, elasticity, electrical conduction, magnetism and superconductivity. A wide-ranging exploration of potential AR candidates would ensure that crystal domain engineering yields unconventional methods to design functional multi-domain materials for a wide variety of purposes.