量子ビームの協奏的利用による先端研究放射光中性子ミュオン相補利用によるマルチフェロイック物質の磁性と強誘電性の研究
木村宏之
東北大学多元物質科学研究所〒9808577 仙台市青葉区片平 211

東北大学大学院理学研究科物理学専攻〒9808578 仙台市青葉区荒巻字青葉 63石井祐太
東北大学多元物質科学研究所〒9808577 仙台市青葉区片平 211

東北大学大学院理学研究科物理学専攻〒9808578 仙台市青葉区荒巻字青葉 63

我々はこれまで，放射光中性子ミュオン等の量子ビームを用いた回折散乱実験を相補利用し，反強磁性と強■
要旨

誘電性が結合したマルチフェロイック物質の構造物性研究を行ってきた。中性子回折実験により，特定の磁気構造が生み出す強誘電性の微視的起源を明らかにした。また，放射光共鳴 X 線散乱による元素選択的な実験により，酸素サイトに磁気モーメントが誘起されることを見出した。更に酸素サイトに敏感なミュオンを用いることで，サイト近傍の局所磁性の検出に成功した。

何が分かってきたか，新たに出てきた課題は何か，につい

1. はじめにて，少し古い結果も含めて紹介する。

「固体中の電子原子核電子スピンの配列と分布及びそれらの運動（微視的構造）と，物質の巨視的性質との関係を解き明かす」のが，構造物性研究の主目的の一つであろう。放射光中性子ミュオン等に代表される量子ビー

2. 中性子回折によるマルチフェロイック
物質 R Mn2O5 の磁性と強誘電性の研究

ムは，それぞれが微視的構造を調べる非常に強力な手段でマルチフェロイック物質とは，（反）強磁性，強誘電性，あるが，中性子は原子核や電子スピン，放射光（ X 線）強弾性といった強的秩序（フェロイック）が 2 つ以上共は電子や電子スピン，ミュオンは局所的磁性，が観測でき存する物質である。特に反強磁性相内で強誘電性が共存する，といったように，それぞれに得手がある。個々の得手る物質が近年多数発見され，基礎的物性とその応用の両面を極め，専門的に用いることももちろん重要だが，一方でから注目されてきた。中でも我々が対象としてきた RMn2

「群盲評象」に陥ることもしばしばである。物質の本質をO5 （ R ＝ Rare-earth, Bi, Y ）は，「ブーム」の先駆けとし全体俯瞰する，という意味で，複数種の量子ビームを相補て発見されたマルチフェロイック物質であり，希土類 R的に利活用することも極めて重要である。近年，世界中でサイトを変えることで，電気分極の磁場による反転1)や回量子ビーム大型施設が増加し，それに伴ってビームの相補転2) と い っ た 多 彩 な 電 気 磁 気 効 果 （ Magneto Electric

利用が盛んになってきた。特に若い研究者にとっては実験EŠect）を示すことが知られている。この物質は1970年代室の装置を使うように，「当たり前」に量子ビームを利用から研究が続けられ，誘電磁化測定などのマクロ測定にできる環境が整ってきている（予算さえあれば）。

より，複雑な逐次磁気相転移と共に強誘電相転移が同時に我々のグループはこれまで 20 年近く， X 線放射光と起こることが明らかにされていた3)が，微視的磁性の詳細

中性子を用いた回折散乱実験を用いて様々な物質の物性と強誘電性の関係はほとんど明らかになっていなかった。

を結晶磁気構造の視点で研究してきた。最近は mSR と微視的磁性と巨視的な強誘電性の間にはどのような関係いう，新たな視点での研究にも着手している。その過程でがあるのか。野田幸男教授（当時）が中心になって立ち上強く認識したのは，新しい観測の「眼」を獲得するたびに，げた日本原子力研究開発機構改造 3 号炉（JRR3M）ガイ研究し尽くしたと思っていた物質に新しい（分からない）ドホール内の中性子 4 軸回折計 FONDER において，中性「課題」が現れる，ということである（まさしく「群盲像子回折と誘電率電気分極が同時に測定できる装置が開発を評す」である）。本稿では，我々が長年研究してきた，された。同時測定を行う理由は，温度幅 1 K 以下の狭い

反強磁性と強誘電性が結合したマルチフェロイック物質に温度領域で起こる，逐次磁気相転移と強誘電相転移との対ついて，放射光中性子ミュオンを相補利用することで応関係を曖昧さ無しに決定するためである。 Fig. 1 に，中放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●37(C) 2019 The Japanese Society for Synchrotron Radiation ResearchFig. 2(Color online) Crystal and magnetic structure of YMn2O5 in
the CM phase for (a) the abplane projection and (b) thebcplane projection. The black arrow and the gray arrow
represent the magnetic moments of Mn4＋ and Mn3＋ ions,respectively.

転移と同時に誘電転移が起きることである。
何故磁気秩序相でのみ強誘電性が現れるのか，電気分極を与えるのはどのような磁気構造なのか，を明らかにする
ため，我々は様々な RMn2O5 について，単結晶磁気構造解析を行った4) 。 Fig. 2 に YMn2O5 の CM 相における磁気構造を示す。黒矢印が Mn4＋ イオン，灰色矢印が Mn3＋
Fig. 1(Color online) Magnetic and dielectric phase diagram asfunctions of temperature and the type of R site in RMn2O5.
Abbreviations indicate as follows, PE: ParaElectric, WFE:
Weak FerroElectric, FE1: 1st FE, FE2: 2nd FE, FE3: 3rdFE, PM: ParaMagnetic, 2DICM: 2Dimensionally modulated InCommensurate Magnetic, LT2DICM, LT2DICM′:Low Temperature 2DICM, 1DICM, 1DICM′: 1Dimensionally modulated ICM, CM: Commensurate Magnetic,LT1DICM: Low Temperature 1DICM. Direction of electric
polarization Ps and magnetic propagation wave vector qM arealso shown.

イオンの磁気モーメントを表している。 Fig. 2 ( a )の ab 面
内の磁気構造を見ると，Mn4＋ と Mn3＋ の磁気モーメントが赤線で示した zig-zag chain に沿って上からおおよそ右―左―右―右向きに配列していることが分かる。この構造を持つとき，隣り合うスピン間に働く交換相互作用の反作用 （ 軌 道 交 換 歪 ） と し て Si  Sj に 比 例 し た ， Mn4＋ ，
Mn3＋ 及びそれらの間の酸素の原子変位が生じて局所的に反転対称性を破り，電気分極が b 軸方向に生じ得ることが理論的に予測されており5) ，実験的にも確かめられていた6) 。一方 Fig. 2 ( b )に示した bc 面内では， Mn4＋ と Mn3＋性子回折実験と電気測定，そして後述する共鳴 X 線磁気の磁気モーメントが左巻きに回転しながら c 軸右方向に伝散乱実験で決定された，希土類 R サイトを様々に変えた播している。このような磁気構造を横滑り螺旋磁気構造

RMn2O5 の温度に対する誘電相図と磁気相図をまとめた。

（サイクロイド磁気構造）と呼ぶ。螺旋の回転は，隣り合

この物質の結晶構造は， Fig. 2 に示す通り，室温で空間群うスピン間の外積 Si × Sj の正負でその向きが特徴付けらPbam の斜方晶である。一方磁気秩序相は， a 軸と c 軸方れ，ベクトルスピンカイラリティと呼ばれる。磁気モーメ向に変調した qM ＝( qx, 0, qz ）の磁気伝播ベクトルで特徴

ントが c 軸成分を持ち，その結果サイクロイド磁気構造が付けられる長周期磁気構造が，その周期を変えながら逐次実現していることは，我々が行った単結晶を用いたモデル的に相転移する。ほとんどの物質に共通する特徴としてフリーの磁気構造解析によって初めて明らかにされた。実は，中間相として格子整合磁気（CM）相と，それを挟むはこのようなサイクロイド磁気構造が存在する場合にも，ように格子不整合磁気（ ICM ）相があり，それらの磁気ベクトルスピンカイラリティと伝播方向 eij（Fig. 2(b)の右38 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

特集 ■ 量子ビームの協奏的利用による先端研究

Fig. 4(Color online) Total polarization (solid line) together withthe magnetic chirality in YMn2O5 when the system is poled at
the CM phase. Diamonds and circles are plotted s＋s－ ofthe CM phase in and those of LT2DICM, respectively, after
Wakimoto et al.10). The PDM contribution is shown by a dotted line.

0.12 ）における電気分極の温度変化と s＋ s－ の温度変化
Fig. 3(Color online) (a): Experimental setup of polarized neutron
diŠraction experiment detecting vector spin chirality of s＋(Lower condition) and s－ (Upper condition). Temperaturedependences of (b): Electric polarization and (c): s＋s－along the plus and minus baxis for YMn2－xGaxO5 (x＝0.12), after Wakimoto et al.10).

を示す。強誘電相転移温度以下で電気分極が発生すると同時にベクトルスピンカイラリティが生じ，互いの温度変化が対応している。更に印加電場を反転させて電気分極の方向を＋ b から－ b に反転させると，カイラリティも反転する。この電気分極とカイラリティの一対一対応は， LT 
2DICM 相の電気分極が，カイラリティ Si×Sj による電気分 極 （ PDM ） が 支 配 的 で あ る こ と を 示 し て い る 。 一 方矢印）の外積 eij×( Si× Sj）に比例した電気分極（あるいYMn2O5 では， Fig. 4 の青線で示す通り，温度低下に従っは電 気分極 を与 えるイ オン 変位） が発生 する こと が，て，T＝20 K 近傍で CM 相→LT2DICM 相転移と同時にDzyaloshinskii-Moriya（DM ）相互作用の逆効果やスピンその向きが自発的に反転する。偏極度 s＋s－ の温度変化流モデル等，幾つかの理論で提唱されている79)。に着目すると，その成分の発達が LT2DICM 相におけるもし eij ×( Si × Sj）により電気分極が発生しているなら負の方向の電気分極に追随していることから，CM 相におば，Si×Sj の正負により電気分極の向きが，或いは逆に電いては Si  Sj による正の電気分極 PES ＞ 0 が支配的で，気分極の向きにより Si × Sj の正負が制御できるはずであLT2DICM 相においては負の PDM が支配的であると考える。我々はこの可能性を検証するため，電場印加により電られる。即ち PES と PDM が反平行で共存する，フェリ強気分極の正負を制御しながら，偏極中性子を用いて YMn2誘電性とも言うべき状態が実現している。この Mn4＋ と系のベクトルスピンカイラリティの観測を行った10) 。

Mn3＋ の磁気構造は，後述する R ＝ Gd, Sm を除けば本質

Fig. 3(a)に電場印加下偏極中性子回折の実験セットアップ

的に は同 じ構 造を持 って いるこ とから ，こ のモデ ルはの概略図を示す。物質中にスピンカイラリティが存在し，RMn2O5 系の強誘電性における共通の微視的起源になってその正負のドメインの存在比に偏りがある場合，非偏極状いると考えられる。

O5態で入射した中性子は偏極される。その偏極度 s＋s－ を計測することでカイラリティの正負とそのドメイン比が求まる10)。実験に用いた試料は Mn イオンを Ga イオンで 6置換した YMn2－xGaxO5（x＝0.12）であるが，この組成

3. 共鳴硬軟 X 線散乱による SmMn2O5,GdMn2O5 の元素選択的磁性研究

では中間領域の CM 相は存在せず， T ＝ 22 K 以下で常磁前節で示した通り，RMn2O5 系の磁気誘電相図の全体像性（ PM ）相→低温 2 次元変調 ICM （ LT 2DICM ）相転や磁気秩序誘起強誘電性の微視的起源等，本質的なことは移が起き，同時に常誘電（ PE ）相→強誘電第 2 （ FE2 ）ほぼ明らかになったように見えた。一方で Fig. 5 に示した相転移が起こる11) 。 Fig. 3 ( b ) , ( c )に YMn2－xGaxO5 （ x ＝一連の RMn2O5 系の電気分極の温度変化を見ると， R ＝

放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●39

Fig. 5(Color online) Electric polarization Ps along the baxis asfunctions of temperature and the type of R site in RMn2O5.
The magnetic propagation wave vector in the CM phase qCM
are also shown.

Sm, Gd の場合に顕著に電気分極が大きくなっている。この 2 物質は Sm や Gd の吸収断面積が大きく，中性子実験

Fig. 6Energy spectra around Mn LII, III edges (a) at Q＝(0.5, 0, 0)
at T＝20 K in the CM phase and (b) at Q＝(0.5, 0, 0.333＋) at T＝31 K in the ICM1 phase for SmMn2O5, and (c) atd′
Q＝(0.5, 0, 0) at T＝20 K for Gd Mn2O5. The incident xray
was p polarized, after Ishii, et al.13).

Fig. 7(Color online) Upper panel: Azimuthal dependences ofresonant magnetic scattering in the CM phase of SmMn2O5
taken at Sm LIII(Black ˆlled circle), Mn LIII(Purple opencircle), and Mn K(Blue open circle) edges12,13). Incident
beam is spolarized. Scattering geometry is also shown.
Lower panel: Proposed magnetic structure in the CM phaseof SmMn2O5 based on an irreducible representationanalysis12).

が不可能なため長らくその磁気構造が明らかにされてこな
かったが，後述するように，共鳴 X 線磁気散乱実験により，最低温の磁気秩序相が qM＝(1/2, 0, 0）の CM 相であることが明らかにされた12,13) 。 Fig. 5 には，様々な RMn2O5 における CM 相の qM が示されているが，c 軸方向の変調周期が短くなれば電気分極の大きさが増大する傾向が見て取れる。そこで我々は SmMn2O5 及び GdMn2O5 について，その微視的磁性と強誘電性の関係を明らかにするため，共鳴 X 線散乱による磁気秩序探索を行った。
共鳴 X 線磁気散乱は各元素の吸収端での共鳴プロセスを用いるので，元素選択的な観測が可能であり，更に中性子が苦手としている核種が含まれている場合でも実験できる。そこが中性子と異なる大きな特徴であり，相補性である 。 実 験 は Photon Factory の 硬 X 線 ビ ー ム ラ イ ン BL 3A, 4C ，及び軟 X 線ビームライン BL 19B, 16A の多軸（2p→5d 遷移），回折装置を用いて行った。吸収端は Sm LIII
Mn K （ 1 s → 4 p 遷移 ）， Sm MV, IV （ 3d → 4 f 遷移 ）， Mn
LII, III （ 2p → 3d 遷移）， O K （ 1s → 2 p 遷移）を選択した。
Fig. 6 に SmMn2O5 の CM と ICM1 相 ， 及 び GdMn2O5 のCM 相の Mn LII, III 端近傍のエネルギースペクトルを示した。いずれも LII, III 端のエネルギーで共鳴が起きており，それぞれ qM＝(1/2, 0, 0), (1/2, 0, 1/3＋d ′), (1/2, 0, 0）の磁気伝播ベクトルを持つことが分かった。 GdMn2O5 については磁気構造が既に報告されていた12) ため，我々はSmMn2O5 に着目して磁気構造の解明を試みた。 Fig. 7 上段に Sm LIII, Mn LIII, Mn K 端における CM 相の共鳴散乱強度のアジマス角依存性を示した。アジマス角とは散乱ベクトル周りの回転角度 c である。共鳴磁気散乱強度は，イオンが持つ磁気モーメントと入射 X 線の偏光の幾何学

40 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

特集 ■ 量子ビームの協奏的利用による先端研究的関係により c 角に依存して変動する。 Fig. 7 上段 insetに散乱配置を示した。詳細は文献13,14)を読んでいただきたいが，散乱強度がいずれの吸収端でも c＝ 90°で消失することから， Sm3＋, Mn3＋, Mn4＋ の全ての磁気モーメン
トが c 軸方向を向いた，コリニア構造を持つことが示された。この結果を用いて，SmMn2O5 の CM 相の磁気構造を推定した。現在提唱されている RMn2O5 の強誘電相の結晶空間群 Pb21m の部分群として，qM＝(1/2, 0, 0）を不変にする既約表現のうち，c 軸に平行な磁気モーメントが許されるのは 2 種あり，その組み合わせにより 16 通りの磁気構造の可能性がある。共鳴散乱の結果からはこれ以上の絞り込みは無理であるが，1 節で示したように，他のRMn2O5 に共通した Mn4＋ と Mn3＋ の磁気モーメントの配列（ b 軸方向に右―左―右―右）を仮定すると， Sm とMn 磁気モーメントの間の配列のみが異なる 4 種に絞られFig. 8(Color online) Energy spectra of Bragg peak intensity at Q＝(0.5, 0, 0) around O K edge (a) at T＝20 K (ˆlled circles)
and T＝31 K (open circles) and the ‰uorescence spectrum(dashed line) for SmMn2O5, and (b) GdMn2O5. The H scanpeak proˆle around Q＝(0.5, 0, 0) at each energy for (c)SmMn2O5 and (d) GdMn2O5, after Ishii, et al.13).

る。 Fig. 7 下段に 4 種のうちの 1 つを示した13)。この後，他グループによって中性子粉末磁気構造解析が行われ，ほぼ同等の磁気構造が提唱されている15)。Sm と Mn がコリ

異方性により酸素の磁気モーメントが c 軸を向き，MnO

ニア磁気構造を持つ場合，1 節で触れた交換歪 SiSj の効間の直接交換相互作用により Mn 磁気モーメントも c 軸を果が支配的になり Si×Sj の効果がほぼ無くなるため，PES向くと考えられるが，現状では推測の域を出ない。

は反平行の PDM によって打ち消されなくなり，トータルの Ps が増大する。また他の RMn2O5 では， c 方向の磁気変調 qz による格子変調（ qL ＝ 2qM ）が c 軸方向に反位相になり，隣接格子間で反平行に格子が歪むため，その歪が4. mSR による R Mn2O5（R ＝Sm, Y）の酸素磁性の観測

電気分極を与える原子変位と相殺する。一方 SmMn2O5 や

RMn2O5 の常誘電相において，独立な酸素サイトは単位

GdMn2O5 では qz ＝ 0 のため，電気分極を与える b 軸方向胞中に 4 つある。 O K 吸収端における共鳴 X 線磁気散乱の原子変位が，c 軸に沿って一様に起こる。これらの要因により酸素サイトに磁気モーメントが誘起されることが明が 2 つの物質で電気分極が大きくなる理由であると考えらかになったが，どこの酸素サイトに誘起されているのられる。

か，その磁気モーメントの大きさはどの程度なのか，は分Fig. 8 は Q ＝( 1 / 2, 0, 0 ）での O K 吸収端近傍におけるかっていない。そこで我々は最近， mSR を用いた酸素磁SmMn2O5 と GdMn2O5 の共鳴散乱スペクトル（(a), (b)）性の検出を試みた。ミュオンは正電荷とスピンを持つたと共鳴エネルギーでの逆格子スキャンプロファイル（(c),

め，入射されると，物質中の特定のサイト（ミュオンサイ(d )）であり，酸素サイトに qM ＝( 1/2, 0, 0 ）を持つ磁気ト）に捉われ，内部磁場を感じて歳差運動をする。その後モーメントが誘起されていることが示されている。しかし回転しながら崩壊する過程で放出される陽電子を観測する両者の共鳴スペクトルが大きく異なっている。 GdMn2O5

ことで内部磁場の情報が得られる。ミュオンは同時に水素

では， O: 2 p Mn: 3d 間の軌道混成に対応するエネルギーの同位体であることから， O H 結合により物質中の酸素

Eph＝530 eV 付近で強い共鳴が起こっており，スペクトル近傍に捉われやすいため，酸素サイトの局所磁性が与える形状も含め，RMn2O5（R＝Y, Er）において観測されたス

内部磁場を検出できる可能性がある。

ペクトルと定性的に良く一致している16)。一方 SmMn2O5

実 験 は カ ナ ダ の TRIUMF に お い て ， SmMn2O5 及 び

ではこのエネルギーで共鳴散乱が起こらず， O Mn 軌道

YMn2O5 の単結晶を用いて行った。ゼロ磁場 mSR （ ZF 

混成に由来する酸素サイトのスピン偏極が消失している。

mSR ）実験には M20 分光器，横磁場 mSR （ TF mSR ）実更に Eph ＝ 535 eV 近傍の共鳴スペクトルも他の RMn2O5

験には M15 分光器を用いた。現在投稿準備中のため，結とは異なっている。このピークは O: 2 pSm: 5d 間の軌道

果の詳細については割愛させて頂くが， TF mSR により混成に由来していると考えているが詳細は不明である。こミュオンサイトの特定に成功し，ZFmSR の時間スペクトのように SmMn2O5 は， c 軸を向いたコリニア磁気構造をルの解析により， YMn2O5 の Mn4＋ O Mn4＋ 結合中の酸持ち，酸素サイトの磁性も起源が異なるという特異性を持

素サイトにおいて，磁気モーメントが存在することが確かっていることが分かってきた。酸素サイトの磁気モーメンめられた。一方で，SmMn2O5 及びの同酸素サイトではほトも Sm ， Mn 同様， c 軸を向くことが共鳴散乱強度のア

とんどモーメントが誘起されていない事も明らかになっジマス角依存性により分かっている14)。Sm の単一イオン

た17) 。この結果は， O K 吸収端における共鳴 X 線磁気散放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●41

乱スペクトルにおいて， O Mn 軌道混成に由来する酸素康，加倉井和久（原子力機構）各博士との共同研究であり，ス ピ ン 偏 極 が ， YMn2O5 で は 存 在 す る16) の に 対 し ，

共鳴 X 線散乱実験は本田孝志（JPARC），中尾裕則，村SmMn2O5

では存在しない14)事と合致する。

上洋一（ KEK ）各博士との共同研究である。更に， mSR実験は佐賀山基，岡部博孝，竹下聡史，幸田章弘，門野良

5. おわりに以上，紙面の都合上駆け足になってしまったが，マルチ典（KEK）各博士との共同研究である。
本稿で紹介した実験は，東大物性研中性子全国共同利用，PF 共同利用，及び TRIUMF 共同利用の元で行われた。

フェロイック物質 RMn2O5 における中性子放射光ミ

参考文献

ュオンを相補的に用いた構造物性研究について紹介した。
この物質の微視的磁性研究において，「中性子を用いて R,1)Mn サイトの磁気構造を決定」し，「放射光を用いることで，中性子では観えなかった Sm, Gd，酸素サイトの磁気

2)秩序を元素選択的に検出」し，「ミュオンを用いることで放射光では観えなかった磁性を担う酸素サイトの特定に成功」した。詳細な実験解析結果とサイエンスについては，是非参考文献を参照して頂きたいが，本研究を通し3)4)て，中性子放射光ミュオンと新しい観測の「眼」を獲得するに従い，明らかになったことがあると同時に新しい未解決の発見があった。量子ビームが「課題解決」のみな

5)
6)らず，「課題発見」のためのツールとして非常に有用であると改めて認識させられた。一方で新しく見つけた課題が「象」の本質を掴んでいるか，その評価は絶えず必要でもある。
最後に国内の量子ビーム大型施設に目を向けてみると，JPARCMLF における中性子散乱ミュオン施設が立ち

7)
8)
9)
10)

上がり，ビーム性能と装置性能が順調に向上してきており，原子力機構の JRR3 の再稼働の声も聞こえてきた。
一方放射光では FEL を用いた研究が普通に行われつつあり，軟 X 線領域の次世代放射光施設の計画も進んでい

11)
12)

る。これらの量質共に飛躍的に向上した量子ビームを用いることで，新たな相補性が生まれ，新しい課題（サイエ

13)ンス）の発見とその解決に繋がっていくことを期待したい
し，必ずそうなると信じている。
謝辞

14)
15)

本成果は，籠宮功博士（帝京大），近桂一郎早稲田大学名誉教授，野田幸男東北大学名誉教授，及び野田木村研

16)

究室の大学院学生と，博士研究員の小林悟博士（現岩手大）及び福永守博士（現岡山大）の精力的な研究により得られたものである。偏極中性子回折実験は脇本秀一，武田全

42 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

17)

N. Hur, S. Park, P. A. Sharma, J. Ahn, S. Guha and S.-W.
Cheong: Nature 429, 392 (2004).
M. Fukunaga, Y. Sakamoto, H. Kimura, Y. Noda, N. Abe,K. Taniguchi, T. Arima, S. Wakimoto, M. Takeda, K.
Kakurai and K. Kohn: Phys. Rev. Lett. 103, 077204 (2009).
近桂一郎，籠宮 功日本結晶学会誌 41, 342 (1999)．及びその参考文献参照．
H. Kimura, S. Kobayashi, Y. Fukuda, T. Osawa, Y.
Kamada, Y. Noda, I. Kagomiya and K. Kohn: J. Phys. Soc.
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S. Wakimoto, H. Kimura, Y. Sakamoto, M. Fukunaga, Y.
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N. Lee, C. Vecchini, Y. J. Choi, L. C. Chapon, A. Bombardi,
P. G. Radaelli and S-W. Cheong: Phys. Rev. Lett. 110,137203 (2013).
Y. Ishii, S. Horio, M. Mitarashi, T. Sakakura, M. Fukunaga,
Y. Noda, T. Honda, H. Nakao, Y. Murakami and H. Kimura:Phys. Rev. B 93, 064415 (2016).
Y. Ishii, S. Horio, H. Yamamoto, Y. Noda, H. Nakao, Y.
Murakami and H. Kimura: Phys. Rev. B 98, 174428 (2018).
G. Yahia, F. Damay, S. Chattopadhyay, V. Baledent, W.
Peng, S. W. Kim, M. Greenblatt, M.-B. Lepetit and P.
Foury-Leylekian: Phys. Rev. B 95, 184112 (2017).
R. A. de Souza, U. Staub, V. Scagnoli, M. Garganourakis, Y.
Bodenthin, S.-W. Huang, M. Garcia-Fernandez, S. Ji, S.-H.
Lee and S. Park: Phys. Rev. B 84, 104416 (2011).
Y. Ishii, et al., in preparation.

特集 ■ 量子ビームの協奏的利用による先端研究著者紹介
木村宏之

石井祐太

東北大学多元物質科学研究所 教授
E-mail: hiroyuki.kimura.b5＠tohoku.ac.jp
専門構造物性，中性子回折散乱，X 線回折散乱［略歴］
1999 年，東北大学大学院理学研究科博士
後 期 課 程 修 了 ， 博 士 （ 理 学 ）。 1999 年 
2001年，東北大学科学計測研究所，助手。
2001年2007 年，東北大学多元物質科学研究所，助教。 2007年2012年，同准教授。
2012年より現職。

東北大学大学院理学研究科物理学専攻 博
士後期課程 3 年
E-mail: yuta.ishii.s4＠dc.tohoku.ac.jp
専門構造物性［略歴］
2016 年，東北大学大学院理学研究科博士前期課程修了，修士（理学）。 2019 年，同後期課程修了見込，博士（理学）。

Magnetism and ferroelectricity in multiferroic
materials studied by a complementary use ofsynchrotron X-ray, neutron and muon
Hiroyuki KIMURA

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University
Katahira 211, Aoba, Sendai 9808577, Japan
Department of Physics, Tohoku University
AramakiAzaAoba 63, Aoba, Sendai 9808578, Japan

Yuta ISHII

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University
Katahira 211, Aoba, Sendai 9808577, Japan
Department of Physics, Tohoku University
Aramaki-Aza-Aoba 63, Aoba, Sendai 9808578, Japan

Abstract

We have studied mulftiferroic materials, where antiferromagnetism and ferroelectricity coexist,by means of a complimentary use of synchrotron xray, neutron, and muon. The neutron diŠraction has revealed that the microscopic mechanism of the magnetically driven ferroelectricity. And
the element-selective resonant xray magnetic scattering have found the induced spin polarization at oxygen site. We have also succeeded in detecting the local magnetism in the vicinity ofoxygen site by using mSR experiment.

放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●43