東大、マルチフェロイック物質におけるスピンネマティック相互作用を観測

東京大学は、マルチフェロイック物質におけるスピンネマティック相互作用を実験的に観測したと発表した。

同成果は、東大 物性研究所附属中性子科学研究施設の左右田稔助教、益田隆嗣准教授、静岡大学 理学部の松本正茂、Paul Scherrer Institute/スイス連邦工科大学ローザンヌ校のMartin Månsson研究員、大強度陽子加速器施設 物質・生命科学実験施設(J-PARC/MLF)の河村聖子研究員、中島健次研究員、新潟大学 工学部 機能材料工学科 材料物性工学の椎名亮輔准教授らによるもの。詳細は、「Physical Review Letters」に掲載された。

スピンと電気分極が同時に秩序化するマルチフェロイック物質は、電場によってスピンが直接制御可能な新しいデバイス材料として注目を集めている。これまで多くの物質では、複雑な磁気構造におけるスピン相関と電気分極との関係に注目が集まっていたが、分極間相互作用と磁気相互作用の関係は明らかにされていなかった。その中で、「Ba₂CoGe₂O₇(Ba:バリウム、Co:コバルト、Ge:ゲルマニウム、O:酸素)」は、電気分極がスピン演算子の対称2次テンソル(いわゆるスピンネマティック演算子)というシンプルな形で表される珍しい物質として、また、分極間相互作用と磁気相互作用の関係を解明できる物質として着目されていた。今回、研究グループでは、中性子磁気散乱と磁化測定を行うことにより、スピンネマティック相互作用の存在を観測することに成功した。さらに、中性子磁気スペクトルの解析により、電気分極の誘電エネルギーを決定するという試みが行われた。誘電エネルギーの大きさも示すスピンネマティック相互作用定数は、電場によるスピンの制御のしやすさを表しているため、マルチフェロイックデバイスの性能示数となっているとした。

今後、Ba₂CoGe₂O₇を用いて電場によるスピン制御の実験や、小さな磁気異方性を有するマルチフェロイック物質の探索などを行っていくことが重要になるとコメントしている。