【研究分野】固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)

【研究領域課題番号】09440144 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関電子系 / マンガン酸化物 / 電荷秩序 / 軌道秩序 / 放射光 / X線回折 / 共鳴X線散乱 / ペロブスカイト / X線共鳴散乱

【研究成果の概要】

高温超伝導や巨大磁気抵抗効果などの強相関電子系の研究を通して、"電子のもつ3つの内部自由度(電荷・スピン・軌道)の秩序状態とそれらの結合状態が、系の物性に決定的な影響を与える"という認識が広く受け入れられるようになってきた。本研究では、当初、層状ペロブスカイト型酸化物を対象として、その電荷・スピン秩序化の研究を行ってきた。ところが、研究の進行に伴い、電子のもう1つの自由度である軌道に関しても、放射光共鳴X線散乱という新しい実験手法によって、直接的にその秩序状態が観測できることを発見した。軌道秩序の観測のための他の実験手法は非常に限られていたため、本手法は大いに注目を集めることなった。本手法の発見当時は、軌道秩序の対称性しか議論できなかったが、集中した手法開発により、現在では、軌道状態の定量的な議論を行うことができるようになった。
放射光X線の持つ3つの特徴、エネルギー可変性・高輝度・偏光特性を駆使したこの共鳴X線散乱法を主として用い、多くのペロブスカイト型酸化物の電荷・軌道秩序状態を明らかにしてきた。特に最近の大きな成果は、"電荷・軌道短距離秩序の観測"と"人工格子における軌道超格子の観測"である。この短距離秩序の観測により、対象とした系での電荷・軌道相転位のメカニズムに関して知見を得ることができた。一方、軌道超格子の観測は、電子移動をミクロに制御した将来の電子デバイスへの発展に大きな寄与ができるものと期待している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】13,000千円 (直接経費: 13,000千円)

【研究分野】固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)

【研究領域課題番号】08640468 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

希工類金属 / X線回折 / 磁気相転移 / 磁気相図 / 格子変調 / 磁気弾性効果 / 磁歪 / 希土類金属 / 結晶格子変調 / ペロフスカイト / 電荷整列 / 比熱

【研究成果の概要】

磁場誘起結晶相転移を引き起こす様々な物質のうち、まず希土類金属をとりあげ、Dy,Ho及びErの磁場誘起相転移を調べた。
(1) Dyのヘリカル領域のc軸格子定数の磁場依存を測定し、ヘリックスからファン磁気構造への転移を調べた。その結果、低温側ではc軸格子定数が不連続、即ち1次相転移であるのに対し、ネール温度近傍では2次相転移に変化することがわかった。また、ヘリカル領域では結晶格子の変調構造が見いだされた。
(2) Hoは、ある磁場範囲でへリファン磁気構造があらわれる。これに伴い結晶が変化することを観測したが、同時に、結晶の格子変調の存在が磁場中X線回折によって見出された。ここで現れるヘリックス、へリファン構造に伴う格子変調の磁場及び温度についての出現範囲、性質を詳細に調べた。
(3) Erの単結晶の磁化困難軸方向に磁場をかけた場合の磁気相図を調べた。X線では磁気構造の変化に伴う結晶構造の変化を直接観測する。結晶変化は単に格子定数や構造変化だけでなく、磁気モーメントの変調に伴った格子の変調の磁場に対する変化を見いだした。これらを、さまざまな磁場と温度について詳細に観測し、磁気相図を決めることが出来た。
(4) 以上の実験結果に対して、磁気弾性相互作用を仮定して、格子変調や格子定数の不連続変化を説明することができた。また、特にErの場合には、中性子回折では不明確であった磁気構造を、格子変調の振る舞いから推定することができた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)