スピン秩序研究チーム

物質の中の電子は、マイナスの電気を持つ粒子ですが、実は電気を持つだけではなく、大変小さな磁石でもあります。これが電子の持つスピンです。物質中には電子がたくさんありますが、ある向きを向いたスピンが多くなることによって物質自体が磁石になることは以前から知られていました。最近では、このような自明な現象以外にも、スピンが特殊な並び方をした場合に、物質中のプラスの電気とマイナスの電気に偏りが生じたり（強誘電性）、物質の表と裏の色が変化したりすることが明らかになりつつあります。本研究チームは、スピン配列に起因すると予測される機能を持つ物質に対して、原子の間隔程度の波長を持つ電磁波であるＸ線を使いスピン配列を調べることで、物質の機能とスピン配列の関係を解き明かし、さらなる物質開拓に有益な情報を与えます。

研究テーマ

• 偏光を利用したX線磁気散乱法による磁気構造解析
• X線領域の非相反現象の研究
• 共鳴X線散乱を利用した軌道とスピンの秩序研究
• X線回折イメージングによる相共存/多ドメイン状態の実空間イメージング

主要論文

1. Yamasaki, Y., Sagayama, H., Goto, T., Matsuura, M., Hirota, K., Arima, T., and Tokura, Y.:
   "Electric Control of Spin Helicity in a Magnetic Ferroelectric"
   Phys. Rev. Lett. 98 147204 (2007)
2. Arima, T., Yamasaki, Y., Goto, T., Iguchi, S., Ohgushi, K., Miyasaka, S., and Tokura, Y.:
   "Spin-Lattice Coupling in Ferroelectric Spiral Magnets: Comparison between the Cases of (Tb,Dy)MnO3 and CoCr2O4"
   J. Phys. Soc. Jpn. 76 023602 (2007)
3. Arima, T., Tokunaga, A., Goto, T., Kimura, H., Noda, Y., and Tokura, Y.:
   "Collinear to Spiral Spin Transformation without Changing the Modulation Wavelength upon Ferroelectric Transition in Tb1-xDyxMnO3"
   Phys. Rev. Lett. 96 097202 (2006)
4. Arima, T., Goto, T., Yamasaki, Y., Miyasaka, S., Ishii, K., Tsubota, M., Inami, T., Murakami, Y., and Tokura, Y.:
   "Magnetic-field-induced transition in the lattice modulation of colossal magnetoelectric GdMnO3 and TbMnO3 compounds"
   Phys. Rev. B 72 100102R(1)-(4) (2005)
5. D. Okuyama, S. Ishiwata, Y. Takahashi, K. Yamauchi, S. Picozzi, K. Sugimoto, H. Sakai, M. Takata, R. Shimano, Y. Taguchi, T. Arima, Y. Tokura:
   "Magnetically driven ferroelectric atomic displacements in orthorhombic YMnO3"
   Phys. Rev. B 84, 054440 (2011)
6. Kim, B. J.,. Ohsumi, H., Komesu, T., Sakai, S., Morita, T., Takagi, H., Arima, T.:
   "Phase-Sensitive Observation of a Spin-Orbital Mott State in Sr2IrO4"
   Science 323, 1329-1332 (2009)
7. Kousaka, Y., Ohsumi, H., Komesu, T., Arima, T., Takata, M., Sakai, S., Akita, M., Inoue, K., Yokobori, T., Nakao, Y., Kaya, E., Akimitsu, J.
   "Crystallographic Chirality of CsCuCl3 Probed by Resonant Circularly Polarized Hard X-ray Diffraction"
   J. Phys. Soc. Jpn. 78, 123601 (2009)
8. Kajimoto, R., Sagayama, H., Sasai, K., Fukuda, T., Tsutsui, S., Arima, T., Hirota, K., Mitsui, Y., Yoshizawa, H., Baron, A. Q. R., Yamasaki, Y., Tokura, Y.:
   "Unconventional Ferroelectric Transition in the Multiferroic Compound TbMnO3 Revealed by the Absence of an Anomaly in c-Polarized Phonon Dispersion"
   Phys. Rev. Lett. 102, 247602 (2009)
9. H. Sagayama, N. Abe, K. Taniguchi, T. Arima, Y. Yamasaki, D. Okuyama, Y. Tokura, S. Sakai, T. Morita, T. Komesu, H. Ohsumi, M. Takata:
   "Observation of Spin Helicity Using Nonresonant Circularly Polarized X-ray Diffraction Analysis"
   J. Phys. Soc. Jpn. 79, 043711 (2010)
10. H. Sakai, J. Fujioka, T. Fukuda, D. Okuyama, D. Hashizume, F. Kagawa, H. Nakao, Y. Murakami, T. Arima, A. Q. R. Baron Y. Taguchi, Y. Tokura:
    "Displacement-Type Ferroelectricity with Off-Center Magnetic Ions in Perovskite Sr1-xBaxMnO3"
    Phys. Rev. Lett. 107, 137601 (2011)