共同研究・競争的資金等の研究課題

本年度は、まずスピン角運動量が120度磁気構造を示す遍歴磁性体PdCrO2において非相反伝導の観測を行った。集束イオンビーム加工によって電流密度を増強し、非線形応答である非相反伝導の観測に成功した。詳細な磁場角度依存性の測定を行い、対称性の観点から実験結果を基に磁気構造に関する考察し、中性子散乱実験から同定された可能な磁気構造の中から最も実現している可能性が高いものを同定した。また、電気四重極子の長距離秩序を示すフラストレート系のTb2Ti2O7において磁気モーメント（スピンおよび軌道角運動量）と電気四重極子の結合から生じる巨大な磁気弾性応答（音速や歪の磁場変化）を明らかにした。 まず、四重極秩序に伴う音速の異常を観測し、より高温における磁気弾性応答についても詳細な磁場角度依存性を基にした解析を行い、転移温度よりも十分高い10K程度まで四重極子間の相関が存在することを明らかにした。さらには、圧電基板上にすだれ状電極のペアと強磁性Niを作製して表面弾性波と強磁性が結合したデバイスを作製し、表面弾性波の角運動量を用いて強磁性体の磁化を制御することに成功し、キラル磁性体MnSiのフォノンスペクトルをX線非弾性散乱によって測定することにより空間反転対称性の破れによるフォノン角運動量に関する分裂を明らかにした。以上の論文発表された成果に加えて、角運動量変換の新現象であるキラル磁性体における磁気共鳴誘起の起電力や空間反転対称性が破れた磁性体における熱流誘起の磁化制御の観測を目指した研究を進行している。

近年活発に研究が行われたマルチフェロイクス物質では、電気と磁気の結合による非自明な交差相関応答が存在する。その動的側面をみると「エレクトロマグノン」があり、これは光の電場で励起したマグノンである。このアナロジーを考えればスピンと軌道が結合した系では、弾性波で変調した軌道によって励起する「超音波誘起スピン流」の存在が期待される。本研究の最大の目的は、スピン軌道結合系において、力学的外部摂動としての超音波を入射したときの非自明となる非対角応答を観測することである。 本年度は昨年度立ち上げた超音波測定装置を用いてスピネル型酸化物MnV_2O_4における磁場下での弾性定数を系統的に測定してきた。そして力学応答を解析することによりMnV_2O_4における軌道揺らぎ及び、スピンと軌道の結合した揺らぎを見出した。そしてこのスピン-軌道揺らぎはKugel-Khomskii型のスピン-軌道交換相互作用に由来するものと原子内のスピン軌道相互作用に由来するものがあることを明らかにした。これらは磁性-弾性の動的な交差相関物性の理解に重要な役割を果たすと考えている。[PHYSICAL REVIEW B 87,085111 (2013)]また本年度は横波超音波振動子を複数個組み合わせることで、直線偏向から円偏向まで発生するセットアップの立ち上げを試みた。超音波の偏向制御により、ファラデー効果やカー効果の音波版、更に音波の二色性など興味深い非相反現象が観測される。このような音波の非相反効果は上記で定量的に評価できたスピン-軌道-格子の動的結合を介して制御・巨大化へと発展することが期待される。