物性物理学：ドメインパターンの電気磁気的反転

不均一物理状態の反転は、科学技術において非常に重要である。例えば、能動的雑音低減技術では、発生源の雑音と相殺的に干渉する逆位相の音波の発生を用いており、磁場パルスを用いるスピン系の発展の反転は、磁気共鳴トモグラフィーを可能にしている。これらの例とは対照的に、物質中の強磁性ドメインや強誘電性ドメインの空間分布を反転させることは、驚くほど困難である。外場の印加により磁化や分極を偏極させることによって単一ドメイン状態は実現するが、1つの走査探針を用いてドメインを1つずつ反転させる操作は実用的でない。今回我々は、電気磁気効果を示す物質Co₃TeO₆における強磁性ドメインパターンとマルチフェロイック物質Mn₂GeO₄における強誘電性ドメインパターンの一斉反転について報告する。これらの物質では、磁場の印加によって各強磁性ドメインの磁化または各強誘電性ドメインの分極が反転するが、各ドメインの形状は完全に保持される。ランダウ理論によると、この種の電気磁気的反転は複雑な秩序を示す物質に共通であり、1つの秩序パラメーターがドメイン構造の記憶を保持し、別の秩序パラメーターが全体の符号を決定する。ドメインパターンの反転は、複数の秩序パラメーターが結合したマルチフェロイック物質などの系において、これまで注目されていなかった効果の一例にすぎない。従って、こうした効果の研究を推し進めることによって、マルチフェロイック物質における新たな機能レベルに向けた進展が期待される。

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