Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

マンガン酸化物 / 相分離 / 磁気光学イメージング / 巨大磁気抵抗効果

ある種のマンガン酸化物では強磁性金属相と反強磁性(または常磁性)電荷整列絶縁体相との共存する相分離状態が実現されることが知られている。我々は以前の研究で、この状態におけるパーコレーション的伝導経路の可視化に成功し、それが輸送電流増大によって均一伝導に変化する事を見いだした。今年度は、この相分離状態における伝導の電流・電圧による制御を主に研究し、応用的にも興味深いと思われる幾つかの現象を発見した。
第一に、相分離状態にあるマンガン酸化物を電流印加で均一伝導にする。その後の電流減少によって系を過冷却の電荷固体状態にもっていくと弱い外部磁場が引き金となって急峻な電荷の固体-液体転移による絶縁体-金属転移が実現できる。この効果を利用して通常数テスラの磁場を必要とする巨大磁気抵抗効果の動作磁場を数十分の1にする手法を示した。
また相分離状態の転移転近傍で、試料に一定電圧を印加すると電流の発振が生じることを発見した。輸送特性の測定と同時に行った偏光顕微鏡による実空間イメージングを通して、電流発振現象が局所的な金属-絶縁体転移によって起こっていることを明らかにした。
一方で超伝導体に関する研究として、磁気光学イメージング用インジケーター膜上に超伝導膜を成長し、「磁束収縮効果」を用いて同手法による単一磁束量子の可視化に成功した。この成功は様々な超伝導体における磁束配列観察を可能にするとともに、今後のサブミクロンイメージングの第一歩となる研究として位置づけられる。

マンガン酸化物 / 強相関電子系物質 / 遷移金属酸化物 / ナノ構造 / 電荷秩序 / 巨大磁気抵抗効果 / ローレンツ電子顕微鏡法 / 磁区構造 / 高分解能電子顕微鏡法 / 電荷・軌道秩序状態 / 高分解能電子顕微鏡 / 電荷・軌道秩序 / 金属-絶縁体転移 / 相分離

強相関電子系物質であるマンガン酸化物は、遷移金属であるマンガンイオンが持つd電子の内部自由度である電荷、軌道、スピンに加えて、格子系との強い相互作用により、金属-絶縁体転移、巨大磁気抵抗効果や電荷・軌道秩序構造などの特異な物理的特性を示す。最近、マンガン酸化物で見出された電子の局在性に起因した電荷秩序構造と電子の遍歴性に起因した強磁性金属状態の共存状態(相分離状態)が見出され、巨大磁気抵抗効果や金属-絶縁体転移と強く相関していることが明らかになってきている。本研究では、マンガン酸化物での相分離状態及び電荷・軌道秩序構造に関するナノ構造について透過型電子顕微鏡法およびローレンツ電子顕微鏡法を用いて研究を行った。以下本研究で得られた主な成果成果について示す。
1.La_<1-x>Ca_xMnO_3の電荷/軌道秩序状態の2相共存状態や相転移過程を初めて観察し、その構造の初期成長段階でpaired Jahn-Teller stripes(PJTS)が基本構造単位として重要な役割を果たすことを見出した。
2.マンガン酸化物のMnサイトの一部をCrイオンで置換することによって得られるNd_<0.5>Ca_<0.5>Mn_<1-y>C_yO_3において、Crで2%置換することにより絶縁体-金属転移が誘発されることを見出すとともに、ローレンツ電子顕微鏡観察を行うことにより数十nmサイズの強磁性領域と電荷・秩序構造が共存する電子相分離状態の直接観察に成功し、電子相分離の実態をはじめて実空間像として示した。
3.(La_<5/8-x>Pr_x)Ca_<3/8>MnO_3での相分離状態における強磁性磁区構造観察を行い、ミクロンサイズで強磁性金属状態と電荷秩序構造が共存している電子相分離状態の存在を明らかにした。
4.スピネル型構造をもつAlV_2O_4において、約で700K 正方晶構造から菱面体構造への相転移が電荷秩序構造の形成を伴っていることを明らかにした。また、この電荷秩序構造は、[111]方向に2倍周期を持つ長周期構造であることを見出した。

【研究分担者】
森茂生	大阪府立大学	総合科学部	助教授	(Kakenデータベース)