ブックタイトル日本結晶学会誌Vol56No2

概要

日本結晶学会誌Vol56No2

マルチフェロイック六方晶マンガン酸化物のボルテックス分域構造と新奇物性図5ボルテックス分域境界近傍の局所構造.（Localstructures near vortex domain boundaries.）（a）タイプI境界近傍のHAADF-STEM像.（b）タイプII境界近傍のHAADF-STEM像.（c）タイプI境界近傍の局所構造の模式図.（d）タイプII境界近傍の局所構造の模式図.各々の模式図の下部には,ランタノイドイオンのc軸方向への変位を模式的に示してある.Down-Up-Upタイプの変位が観察される.これら分域の境界上においては,図5a中ではUpおよびDown方向へのイオン変位が互いに打ち消し合い, c軸方向変位がないイオンが存在するのに対し,図5b中では,このような無変位イオンが存在せず, UpからDownへの急激な変化が観察される.これらの局所構造をもつ分域境界を,それぞれタイプI境界およびタイプII境界と名付けることにする.これらのHAADF-STEM像に対応する,ボルテックス分域境界近傍の局所構造の模式図を,それぞれ図5cおよびdに示す.模式図には, c軸方向から見た希土類イオン・Mn・および酸素イオンの変位と,側面方向から見た希土類イオンのc軸方向変位が描かれている.図5cおよびdに示されたイオン変位は,それぞれ図5aおよびbの実験結果をよく再現している.ここで図5c（タイプI境界）および図5d（タイプII境界）に示される分域境界は,それぞれ反位相境界における4π/3および2π/3の位相シフトに対応している.また,図3bに示される2種類の異なる局所構造を有する分域境界は,それぞれ4π/3および8π/3（2π＋2π/3：すなわち図5dの局所構造に超格子単位格子が一周期加わったもの）となっている.これらの結果は,ボルテックス分域境界における,異なる反位相シフトに対応する2種類の分域境界の存在を示している. 15)これまでのHAADF-STEM法を用いた研究において,実際に,図5aおよびbで示された局所構造を有する分域境界が見出されている. 21)-23)一方,第一原理計算を用いた研究からは,異なる局所構造をもつ分域境界の存在が提案されている. 24)六方晶マンガン酸化物RMnO 3におけるボルテックス分域境界は,これらの特異な局所構造を反映して,分域内部日本結晶学会誌第56巻第2号（2014）図6伝導性原子間力顕微鏡を用いて観察されたYMnO 3におけるボルテックス分域構造と境界絶縁性.（Vortexdomain structure and its insulating boundaries inYMnO 3 observed by CAFM.）（a）ボルテックス分域構造.（b）ボルテックス分域境界における絶縁性.（a）および（b）は,それぞれ探針電圧?2 Vおよび?5 Vで撮影されたものである.とは異なる興味深い物性を示す.図6aおよびbは,YMnO 3 As-grown単結晶試料において,異なる探針バイアス電圧を用いて撮影された, CAFM像である.探針バイアス?2 Vにて撮影された図6a中では,透過型電子顕微鏡による超格子反射暗視野像と同様,ボルテックス分域構造が観察される.このCAFMコントラストの起源としては,本系に存在する180°強誘電分域表面での,ショットキー障壁の相違が議論されている. 15),18)一方,探針バイアス?5 Vにて撮影されたCAFM像（図6b）中では,図6a中の暗いコントラストを示す分域内部においても電気伝導が発生しているのに対し,分域境界では絶縁性が保たれている.これは,分域内部と分域境界が異なる電気伝導性を示すことを示唆している. 15)六方晶マンガン酸化物においては,強誘電性の発達に伴う電気伝導度の上昇が報告されており, CAFM像中で観察される境界絶縁性は,分域境界における特異な局所構造を反映したものであることが示唆される. 15)このようなマルチフェロイック物質における分域境界における特異な電気伝導性は, BiFeO 3などにおいても見出されている. 6),7)5．ボルテックス分域構造に起因した荷電強誘電分域境界と局所電気伝導六方晶系マンガン酸化物における強誘電分域としては,c軸方向に沿った分極方向をもつ180°分域のみが可能である.本系における強誘電分域配置の特徴について調べるため, HoMnO 3において,側面方向からフリーデル則背反条件下で暗視野像撮影を行った. 25) HoMnO 3において撮影された,側面方向からの電子回折図を図7a挿入図に示す.電子線の入射方向は,［11 _ 0］方向にほぼ平行である.回折図形中には,強い強度をもつ基本格子反射に加えて, 1/31/3 0タイプ位置に超格子反射が観察される.ここで2/32/3 2超格子反射（矢印A）を用いて結像した暗視野像（図95