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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.

論文

Ferroelectricity induced by incommensurate-commensurate magnetic phase transition in multiferroic HoMn$$_2$$O$$_5$$

木村 宏之*; 鎌田 陽一*; 野田 幸男*; 金子 耕士; 目時 直人; 近 桂一郎*

Journal of the Physical Society of Japan, 75(11), p.113701_1 - 113701_4, 2006/11

https://doi.org/10.1143/JPSJ.75.113701
 被引用回数：36 パーセンタイル：80.19(Physics, Multidisciplinary)

${it R}$Mn$$_2$$O$$_5$$(${it R}$=rare earth, Bi, Y)は巨大電気磁気効果(CMR効果)を示す物質として知られている。CMR効果を示す物質の共通な性質として、磁気秩序と誘電秩序が共存するマルチフェロイック状態があるが、二つの秩序の微視的な相関はまだ明らかにされていない。われわれはその微視的相関を明らかにするために、磁場中中性子回折実験を行って、磁場誘起微視的磁性と誘電性との関係を調べた。その結果、磁場印加によって強誘電相が出現するHoMn$$_2$$O$$_5$$において、誘電相転移と同時に格子不整合-整合磁気相転移が起こることを見いだした。得られた結果から誘電性及び磁性における相境界が完全に一致し、格子整合磁気相でのみ強誘電相が現れることがわかった。このことは、この系で現れる誘電相転移が磁気相転移によって引き起こされ、さらに強誘電相にとって格子整合磁気構造が必須であることを示している。

論文

Magnetic neutron scattering of the frustrated system ZnCr$$_{2}$$O$$_{4}$$

畑 慶明; 喜多 英治*; 籠宮 功*; 近 桂一郎*; 白鳥 紀一*; 中島 健次*; 加倉井 和久*

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.195 - 196, 2001/05

ZnCr$$_{2}$$O$$_{4}$$はAサイトにはいるZnが非磁性であるためA-Bサイト間に相互作用が存在せず、Bサイト最近接イオン間に反強磁性的相互作用を考えるとBサイトがフラストレートすることが知られている。また低温の秩序状態の磁気構造は複数の磁区に分かれており、いまだ磁気構造は未知である。そこで、中性子線散乱実験を通じて磁気構造決定を目的に実験を行った。実験の結果、ネール点10Kをはさんで、それより上で磁気散漫散乱が、それ以下で磁気ブラッグ反射が観測された。転移は一段であり、類似した物質のMgCr$$_{2}$$O$$_{4}$$とは全く異なる現象である。磁気的に単分域にするために、磁場中冷却を行い同様の測定を行ったが単分域にはできなかった。秩序相の磁気対称性がある条件を満足する場合、電気磁気効果がみられ、電場・磁場両方を印加して冷却することで単分域化することが可能であり、ZnCr$$_{2}$$O$$_{4}$$もこのような手法で単分域化できると考えられた。

口頭

ZnCr$$_{2}$$O$$_{4}$$の磁場中での中性子散乱

片野 進; 角田 頼彦*; 鈴木 啓幸*; 白鳥 紀一*; 近 桂一郎*; 喜多 英治*

no journal, , 

ZnCr$$_{2}$$O$$_{4}$$はNormal Spinel構造を持つ典型的な幾何学的スピンフラストレーション系で、約12.5Kでわずかな格子歪を伴って反強磁性秩序を示す。磁気秩序相でスピン・パイエルス型の磁気励起や強磁場帯磁率でのプラトー等、興味ある物性を示す。最近、磁場中冷却した単結晶の磁化率測定で、低磁場では試料の回転に対して顕著な異方性が観測されるが、数T(テスラ)の磁場中ではほとんど等方的になってしまうことが報告された。この実験に触発されて、中性子散乱実験を磁場中で行った。測定はJRR-3MのTAS-2を用い、単結晶の(111)散乱面に垂直に磁場をかけた。測定磁場H=0 TでもFCとZFCですべての磁気散乱強度が変化するが、H=5Tではhh0(h=n/2, n=odd)ピークは消滅する。特定の磁場で急激に強度が変化をはじめ、この変化は可逆的である。先の帯磁率の異方性の測定で、磁区の分布は5Tでも変化しないことが確認されているので、この磁気散乱強度の磁場依存性はスピン構造の変化からきていると考えざるを得ない。すなわちZnCr$$_{2}$$O$$_{4}$$の磁気構造は局所格子歪とcoupleして複雑な構造に落ちているが、比較的低い磁場で($$sim$$1.2T)、より対称性の高い構造に変化することを示している。

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