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論文

Current-induced enhancement of magnetic anisotropy in spin-charge-coupled multiferroic YbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$

吉井 賢資; 松村 大樹; 齋藤 寛之; 神戸 高志*; 福永 守*; 村岡 祐治*; 池田 直*; 森 茂生*

Journal of the Physical Society of Japan, 83(6), p.063708_1 - 063708_4, 2014/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.83.063708
 被引用回数：4 パーセンタイル：34.67(Physics, Multidisciplinary)

マルチフェロイックYbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$について、電流印加冷却による磁性の変化を報告する。磁気転移温度250K近傍において電流印加して試料を冷却した場合、電流無しの場合に比べ、低温100K以下において、磁化が10-20%低下する。それに伴い、電流印加後のヒステリシスループ測定から、磁気異方性が10-20%増強されることが分かった。これらの現象は、強磁性ドメインと反強磁性ドメインのうち磁気異方性の大きい後者が優勢となること、あるいは、電荷秩序ドメインの生成が抑制されピニング効果が大きくなることを示唆する。応用的に見ると本現象は、磁場冷却による磁気異方性の増強である交換バイアスとは異なり、磁場が無くても異方性が増強されるため、磁化の安定化を起こす新しい手法と提案できる。

論文

Role of magnetic chirality in polarization flip upon a commensurate-incommensurate magnetic phase transition in YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$

脇本 秀一; 木村 宏之*; 坂本 勇馬*; 福永 守*; 野田 幸男*; 武田 全康; 加倉井 和久

Physical Review B, 88(14), p.140403_1 - 140403_5, 2013/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.140403
 被引用回数：18 パーセンタイル：60.99(Materials Science, Multidisciplinary)

We have performed simultaneous measurements of magnetic chirality by using polarized neutrons and electric polarization along the $$b$$-axis of single crystals of YMn$$^{4+}$$(Mn$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$)$$^{3+}$$O$$_{5}$$ with $$x=0.047$$ and $$0.12$$, in which nonmagnetic Ga-ions dilute Mn$$^{3+}$$ spins. Measurements conducted under zero field heating after various field-cooling conditions evidence that the magnetic chirality of Mn$$^{4+}$$ cycloidal spins plays a dominant role in the incommensurate magnetic (ICM) phase, whereas the magnetic exchange striction by the Mn$$^{4+}$$-Mn$$^{3+}$$ chain plays a dominant role in the commensurate magnetic (CM) phase. The polarization of YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$ flips upon CM to ICM phase transition because the ferroelectricity driven by the magnetic chirality and the exchange striction provides opposite directions of polarization.

論文

Spin chirality and electric polarization in multiferroic compounds RMn$$_2$$O$$_5$$ ($$R$$ = Ho, Er)

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 西畑 敬介*; 武田 全康; 加倉井 和久; 野田 幸男*; 十倉 好紀*

Physica B; Condensed Matter, 404(17), p.2513 - 2516, 2009/09

https://doi.org/10.1016/j.physb.2009.06.012
 被引用回数：5 パーセンタイル：25.59(Physics, Condensed Matter)

Polarized neutron scattering experiments under electric field in the commensurate phase of HoMn$$_2$$O$$_5$$ and ErMn$$_2$$O$$_5$$ have been performed to study the direct relation between the electric polarization and the magnetic chirality $$S_i times S_j$$. It is found that, after cooling in electric fields down to temperatures where the system has both commensurate magnetic order and ferroelectricity, the magnetic chirality is proportional to the polarization.

論文

Magnetic-field-induced polarization flop in multiferroic TmMn$$_{2}$$O$$_{5}$$

福永 守*; 坂本 勇馬*; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 阿部 伸行*; 谷口 耕治*; 有馬 孝尚*; 脇本 秀一; 武田 全康; 加倉井 和久; et al.

Physical Review Letters, 103(7), p.077204_1 - 077204_4, 2009/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.077204
 被引用回数：49 パーセンタイル：86.08(Physics, Multidisciplinary)

We discovered a reversible electric polarization flop from the $$a$$ axis ($$P_a$$) to the $$b$$ axis ($$P_b$$) in multiferroic TmMn$$_{2}$$O$$_{5}$$ below 5 K by applying a magnetic field of approximately 0.5 T along the $$c$$ axis. This phenomenon is the first example of the rare-earth ($$R$$) compound $$R$$Mn$$_{2}$$O$$_{5}$$. This magnetic-field-induced polarization flop corresponds to a magnetic phase transition from one incommensurate magnetic (ICM) $$P_a$$ phase to another ICM $$P_b$$ phase, which is equivalent to an ICM $$P_b$$ phase above 5 K under no magnetic field. The spin chirality in the $$bc$$ plane, which was observed in the $$P_b$$ phase by polarized neutron diffraction, disappeared in the ICM $$P_a$$ phase. This indicates that the polarization in the ICM phases of TmMn$$_2$$O$$_5$$ was induced by an $$S_i times S_j$$ type interaction.

論文

Magnetic-field-induced magnetic phase transitions associated with ferroelectricity in multiferroic ErMn$$_{2}$$O$$_{5}$$

木村 宏之*; 脇本 秀一; 福永 守*; 野田 幸男*; 金子 耕士; 目時 直人; 加倉井 和久; 近 桂一郎*

Journal of the Physical Society of Japan, 78(3), p.034718_1 - 034718_5, 2009/03

https://doi.org/10.1143/JPSJ.78.034718
 被引用回数：5 パーセンタイル：37.21(Physics, Multidisciplinary)

Microscopic magnetic properties under the application of a magnetic field were investigated in multiferroic ErMn$$_{2}$$O$$_{5}$$ using neutron diffraction. Below $$T$$= 8K upon applying a magnetic field along the $$c$$-axis, an incommensurate-commensurate-incommensurate magnetic phase transition occurred. On the contrary, when the magnetic field was applied parallel to the $$a$$-axis, no phase transition occurred up to $$H$$= 5T. $$H$$-$$T$$ phase diagrams obtained in the present study show a one-to-one correspondence with $$H$$-$$T$$ phase diagrams for previously obtained dielectric properties, indicating that the field-induced dielectric transition was triggered by magnetic phase transition. The contrastive phase diagram between $$H$$∥$$c$$ and $$H$$∥$$a$$ suggests that the induced Er$$^{3+}$$ magnetic moment contributed significantly to the magnetic and dielectric responses to the magnetic field.

口頭

Linear relation between electric polarization and magnetic chirality in the commensurate phase of $$R$$Mn$$_{2}$$O$$_{5}$$ ($$R=$$Ho, Er)

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 西畑 敬介*; 武田 全康; 加倉井 和久; 野田 幸男*; 十倉 好紀*

no journal, , 

マンガンマルチフェロイック物質$$R$$Mn$$_{2}$$O$$_{5}$$($$R=$$Ho, Er)における磁気カイラル構造と誘電分極の相関を調べるため、電場中偏極中性子散乱実験を行った。試料を電場中で格子整合磁気秩序と強誘電性を同時に持つ温度まで冷却したところ、磁気カイラリティは誘電分極の大きさに比例することがわかった。以前に報告されていたTbMnO$$_3$$などの結果とあわせて、マンガン複合フェロ物質において磁気カイラリティと分極が密接に関係することを明らかにした。

口頭

マルチフェロイック$$R$$Mn$$_2$$O$$_5$$($$R$$=Ho, Er)における磁気カイラルと分極の直接相関

脇本 秀一; 木村 宏之*; 西畑 敬介*; 福永 守*; 武田 全康; 加倉井 和久; 野田 幸男*; 十倉 好紀*

no journal, , 

マルチフェロイック物質である$$R$$Mn$$_2$$O$$_5$$($$R$$=Ho, Er)におけるマンガンスピンのカイラリティと分極の直接相関を調べるため、電場中偏極中性子回折実験と分極測定を同時に行った。磁気カイラル項と分極値は比例関係を示し、マンガン125物質においても、磁気外積項が分極の起源とするinverse-DM理論に矛盾しない結果を得た。

口頭

偏極中性子によるマルチフェロ物質$$R$$Mn$$_2$$O$$_5$$($$R=$$Ho, Er)の磁気カイラリティの研究

脇本 秀一; 武田 全康; 加倉井 和久; 木村 宏之*; 福永 守*; 西畑 敬介*; 野田 幸男*; 十倉 好紀*

no journal, , 

サイクロイド構造に由来するスピンカイラリティの分極への寄与を明らかにするため、$$R$$Mn$$_2$$O$$_5$$($$R=$$Ho, Er)単結晶を用いて電場中偏極中性子回折実験を行い、スピンカイラリティと分極の対応関係を調べた。CM相では電気分極とスピンカイラリティの比例関係がよく成り立っており、分極とカイラリティが密接に相関することを示唆する結果を得たが、CM相からLT-ICM相への転移において、電気分極の減少はスピンカイラリティの減少を伴わず、スピンカイラリティのみで全温度領域の分極を説明するのは困難であることが示唆された。

口頭

マルチフェロイック物質$$R$$Mn$$_2$$O$$_5$$の磁気カイラリティと分極

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 西畑 敬介*; 武田 全康; 加倉井 和久; 野田 幸男*; 十倉 好紀*

no journal, , 

サイクロイド構造に由来するスピンカイラリティの分極への寄与を明らかにするため、$$R$$Mn$$_2$$O$$_5$$($$R=$$Ho, Er)単結晶を用いて電場中偏極中性子回折実験を行い、スピンカイラリティと分極の対応関係を調べた。CM相では電気分極とスピンカイラリティの比例関係がよく成り立っており、分極とカイラリティが密接に相関することを示唆する結果を得たが、CM相からLT-ICM相への転移において、電気分極の減少はスピンカイラリティの減少を伴わず、スピンカイラリティのみで全温度領域の分極を説明するのは困難であることが示唆された。

口頭

偏極中性子によるTmMn$$_2$$O$$_5$$の磁気カイラリティの研究

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 武田 全康; 加倉井 和久; 野田 幸男*

no journal, , 

マルチフェロイック物質RMn$$_{2}$$O$$_{5}$$における磁性誘起強誘電性の起源としてS$$times$$SによるものとS・Sによるものの2つが提唱されている。一方、R=Tmでは、つい最近、LT-ICM相の低温領域(4K)で電気分極の方向がb軸からa軸に変化する新たな転移が発見された。この分極フロップ転移とスピンカイラリティの関係を調べるため、TmMn$$_{2}$$O$$_{5}$$単結晶を用いて電場中偏極中性子回折実験を行った。結果、6KではP//bの分極発現に寄与するbc面カイラリティが存在するが、分極フロップしP//aとなった3.8Kではこれが完全に消失することを発見し、LT-ICM相ではS$$times$$Sによる分極がドミナントであることを示す結果を得た。

口頭

Ga置換したYMn$$^{4+}$$(Mn$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$)$$^{3+}$$O$$_{5}$$の磁気カイラリティと電気分極

脇本 秀一; 加倉井 和久; 坂本 勇馬*; 福永 守*; 木村 宏之*; 野田 幸男*

no journal, , 

マルチフェロイック物質RMn$$_{2}$$O$$_{5}$$の電気磁気効果の起源として、Mn$$^{4+}$$スピンのサイクロイドスピン構造に起因するS$$times$$S機構と、Mn$$^{3+}$$鎖とMn$$^{4+}$$鎖間の磁気相関に由来するexchange striction (S$$cdot$$S)機構が指摘されている。本研究では、YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$のMn$$^{3+}$$を非磁性Ga$$^{3+}$$イオンに置換することでS$$cdot$$Sの影響を希釈し、JRR-3のTAS-1の偏極中性子でS$$times$$Sを観測してその効果を検証した。その結果、強誘電相の格子整合磁気秩序相ではS$$cdot$$S機構が強く、強誘電相の弱まる格子不整合磁気秩序相ではS$$times$$S機構が強く寄与することを明らかにした。

口頭

YMn$$^{4+}$$(Mn$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$)$$^{3+}$$O$$_{5}$$におけるスピンカイラリティと分極

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 坂本 勇馬*; 加倉井 和久; 野田 幸男*

no journal, , 

マルチフェロイック物質であるRMn$$_{2}$$O$$_{5}$$は、Mn$$^{4+}$$スピンのサイクロイドスピン構造に起因するS$$times$$S機構と、Mn$$^{3+}$$鎖とMn$$^{4+}$$鎖間の磁気相関に由来するexchange striction (S・S)機構が指摘されている。本研究では、YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$のMn$$^{3+}$$を非磁性Ga$$^{3+}$$イオンに置換することでS・Sの影響を希釈し、JRR-3のTAS1の偏極中性子でS$$times$$Sを観測してその効果を検証した。結果、低温の格子非整合磁気秩序相においてはS$$times$$S機構が強く、高温の格子整合磁気秩序相ではS・S機構が強いことが明らかとなった。

口頭

Magnetic chirality and electric polarization in multiferroic YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 坂本 勇馬*; 野田 幸男*; 加倉井 和久

no journal, , 

There are two candidates of the origin of the magnetic-driven ferroelectricity in YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$, one is the $$S$$$$times$$$$S$$ model and the other is the $$S$$$$cdot$$$$S$$ model. We have measured spin chirality and polarization of YMn$$^{4+}$$(Mn$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$)$$^{3+}$$O$$_{5}$$ where non-magnetic Ga ions dilute the $$S$$$$cdot$$$$S$$ contribution. We have succeeded to separate these two contributions, and found that the $$S$$$$times$$$$S$$ mechanism is dominant in the low-temperature phase while the $$S$$$$cdot$$$$S$$ mechanism is dominant in the intermediate temperature phase.

口頭

Magnetic chirality and electric polarization in $$R$$Mn$$_2$$O$$_5$$

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 坂本 勇馬*; 野田 幸男*; 加倉井 和久

no journal, , 

$$R$$Mn$$_2$$O$$_5$$ is a multiferroic compound in which ferroelectricity is driven by magnetism. So far two models have been proposed to explain spin-driven ferroelectriciry in this compound, $$S times S$$ and $$S cdot S$$ models. By detailed investigation of magnetic chirality by polarized neutron diffraction, we have succeeded to distinguish these two contributions to the ferroelectric polarization. We conclude that the $$S cdot S$$ mechanism is dominant in the commensurate phase and the $$S times S$$ mechanism is dominant in the low temperature incommensurate phase.

口頭

A Role of the magnetic chirality in polarization flip in YMn$$_2$$O$$_5$$

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 坂本 勇馬*; 武田 全康; 加倉井 和久; 野田 幸男*

no journal, , 

A multiferroic compound YMn$$_2$$O$$_5$$ shows characteristic dielectric polarization flip upon the magnetic phase transition from commensurate magnetic (CM) to low-temperature incommensurate magnetic (LTICM) phases. By utilizing simultaneous measurements of dielectric polarization and magnetic chirality by polarized neutron diffraction, we have studied the direct relation between them. We have identified that $$S cdot S$$ and $$S times S$$, two major mechanisms of spin-driven ferroelectricity, are dominant in the CM and LTICM phases, respectively, and concluded that a conservation of magnetic chirality gives rise to the polarization flip upon the CN-LTICM transition.

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