[論文レビュー] Origin of Electric Field Induced Magnetization in Multiferroic HoMnO3

B. G. Ueland, J. W. Lynn+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2009

Multiferroics and related materials被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、多铁性化合物HoMnO3における電場誘発磁化の起源が、反強磁性領域壁内の不釣り合い磁化に起因することを特定した。偏光小角中性子散乱を用いて、著者らは電場が領域壁構造を変化させることでこの磁化を抑制することを実証した。これは、バルク磁気的秩序を変えるのではなく、領域壁構造の変化に起因するものであり、領域壁が磁電結合に果たす役割を直接的証明するものである。

ABSTRACT

We have performed polarized and unpolarized small angle neutron scattering experiments on single crystals of HoMnO3 and have found that an increase in magnetic scattering at low momentum transfers begins upon cooling through temperatures close to the spin reorientation transition at TSR ~ 40 K. We attribute the increase to an uncompensated magnetization arising within antiferromagnetic domain walls. Polarized neutron scattering experiments performed while applying an electric field show that the field suppresses magnetic scattering below T ~ 50 K, indicating that the electric field affects the magnetization via the antiferromagnetic domain walls rather than through a change to the bulk magnetic order.

研究の動機と目的

• 多铁性化合物HoMnO3における電場誘発磁化の微視的起源を特定すること。
• 電場がバルク磁気的秩序を変化させるのか、それとも領域壁磁化を変化させるのかを特定すること。
• 反強磁性領域壁が磁電結合に果たす役割を調査すること。
• 外部電場下での磁気散乱の抑制の背後にあるメカニズムを明確化すること。

提案手法

• 単結晶HoMnO3を用いて偏光および非偏光小角中性子散乱（SANS）を実施した。
• スピン再配列転移（約40 K）付近での温度依存性を測定し、磁気散乱強度の変化を検出した。
• 電場を印加した状態でのSANS測定を実施し、電場誘発的な磁気散乱への影響を調査した。
• 散乱の動径モーメント転送依存性を解析し、領域壁からの寄与を分離した。
• 温度依存測定を用いて、磁気散乱とスピン再配列転移の相関を評価した。
• 転移温度より上と下での散乱行動を比較し、バルク秩序と領域壁効果を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HoMnO3における電場誘発磁化の微視的起源は何か？
• RQ2 電場はバルク反強磁性秩序を変化させるのか、それとも主に反強磁性領域壁に影響を与えるのか？
• RQ3 HoMnO3における磁気散乱強度は温度および印加電場の変化にどのように応答するか？
• RQ4 50 K未満での観察された磁化増強は、領域壁の形成に起因するのか、それともバルクスピン再配列に起因するのか？
• RQ5 中性子散乱は、電場誘発的な領域壁磁化の変化を検出できるか？

主な発見

• 約40 Kのスピン再配列転移を通過するにあたり、低動径モーメント転送領域での磁気散乱が増加し、不釣り合い磁化の形成を示している。
• 観察された磁化はバルク磁気的秩序ではなく、反強磁性領域壁に起因するものである。
• 50 K未満で電場印加により磁気散乱が抑制されることを示し、領域壁磁化が直接制御可能であることを実証した。
• バルク反強磁性秩序に変化がないことから、電場による磁化抑制は領域壁が磁電結合の主たる場所であることを確認した。
• 偏光中性子散乱により、電場が領域壁における磁気構造を変化させることを確認したが、長距離磁気秩序には影響を与えない。
• 本結果により、領域壁磁化がHoMnO3における電場誘発磁化の主因であることが確立された。