材料学：原子レベルで設計・操作したフェロイック層から生じる室温の磁気電気マルチフェロイック
Nature 537, 7621 doi: 10.1038/nature19343
電気的基底状態と磁気的基底状態における秩序を同時に示す材料は、電場で磁性を制御する次世代メモリーデバイスでの使用が期待できる。しかし、変位型強誘電性と磁性に必要な条件は競合するため、そのような材料は極めてまれである。新しいマルチフェロイック材料と磁気電気結合機構がいくつか最近見いだされたにもかかわらず、既知の単一相のマルチフェロイクスは、反強磁性配置や弱い強磁性配置をとったり、秩序パラメーター間の結合がなかったり、室温より相当低い素子応用に不向きな温度でのみ特性が現れたりするため限定されており、デバイスへの応用が妨げられている。本論文では、強誘電性と強い磁気の秩序化が室温付近で同時に生じる単一相のマルチフェロイック材料を構築する方法論を示す。平面ランプリング（rumpling）が最大であることが知られている幾何学的強誘電体の六方晶LuFeO3から出発し、成長中に個々のFeO単層を挿入して、LuFeO3マトリックス内にフェリ磁性LuFe2O4の化学式単位厚のシンタクチック層、すなわち、(LuFeO3)m/(LuFe2O4)1超格子を構築した。隣接するLuFeO3から受ける非常に強いランプリングのため、フェリ磁性LuFe2O4は同時に強誘電状態へと駆動され、一方でLuFe2O4のスピンフラストレーションも低下する。これによって、磁気転移温度は、LuFe2O4の240 Kから(LuFeO3)9/(LuFe2O4)1の281 Kへとかなり上昇した。さらに、強誘電秩序がフェリ磁性と結合し、200 Kで磁性を電場で直接制御できるようになった。今回の結果から、幾何学フラストレーション、格子ひずみ、エピタキシャル技術を併用して、より高温の磁気電気マルチフェロイクスを作る設計方法論が実証された。
