放射光共鳴X線散乱法による軌道秩序相転移の臨界現象

• Project/Area Number: 14038202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 村上 洋一 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60190899)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中尾 裕則 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70321536) ; 松村 武 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (00312546) ; 廣田 和馬 東京大学, 物性研究所, 助教授 (90272012)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥7,000,000 (Direct Cost: ¥7,000,000); Fiscal Year 2003: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2002: ¥5,000,000 (Direct Cost: ¥5,000,000)
• Keywords: 軌道秩序 / 電荷秩序 / 強相関電子系 / 共鳴X線散乱 / 四極子秩序 / 遷移金属酸化物 / 金属絶縁体転移 / 放射光 / 軌道揺らぎ / 臨界現象 / 相転移

Research Abstract

放射光を利用した共鳴X線散乱法(RXS)を用いて、軌道秩序相転移の研究を行ってきた。特に下記の系において、キャリア濃度やバンド幅などのパラメーターを変えたときの軌道秩序の安定性を調べた。
1)ホールドープされた層状Mn酸化物における軌道秩序:Nd_<1-x>Sr_<1+x>MnO_4のx=0.67,0.75、という高ホール濃度領域における電荷・軌道秩序状態は、局在状態よりも正弦波的な遍歴状態をとっていることをRXSにより明らかにした。
2)Mn酸化物軌道秩序に対するスピン秩序の影響:LaMnO_3においてスピン秩序転移点以下で、軌道状態の反位相ドメイン境界が生じることにより、軌道秩序の周期・相関長が変化していることをRXSにより発見した。
3)Ti酸化物における金属絶縁体転移と軌道秩序:Y_<1-x>Ca_xTiO_3(x=0.38)の系に対して、その構造相転移を温度・圧力をパラメーターとして調べ、奔系での金属絶縁体転移と構造相転移の関係を明らかにした。
4)Cuフッ化物軌道秩序に対するZn希釈効果:KCu_xZn_<1-x>F_3において軌道融解濃度を求め、それが2次元パーコレーション濃度と一致していることを発見した。また、RXS実験より、パーコレーション濃度直上の試料では、軌道状態のフラクタル構造が実現していることが示唆された。
5)TbB_2C_2における軌道秩序:IV相とよばれる相における四極子秩序状態を明らかにし、他のDyB_2C_2やHoB_2C_2との比較から、四極子相互作用と磁気相互作用の競合を議論した。

Research Products

• [Publications] T.Inami et al.: "Orbital excitations in LaMnO_3 studied by resonant inelastic x-ray, scattering"Phys.Rev.B. 67. 045108-1-045108-6 (2003)
• [Publications] Yusuke Wakabayashi et al.: "Resonant X-ray Study on the Bi-Layered Perovskite Mn Oxide LaSr_2Mn_2O_7"J.Phys.Soc.Japan. 72. 618-626 (2003)
• [Publications] Takashi Kiyama et al.: "Resonant X-ray Scattering in Perovskite Manganite Superlattice - Observation of"Orbital Superlattice"-"J.Phys.Soc.Japan. 72. 785-788 (2003)
• [Publications] H.Ohsumi et al.: "Experimental Elucidation : Microscopic Mechanism of Resonant X-Ray Scattering in Manganite Films"J.Phys.Soc.Japan. 72. 1006-1009 (2003)
• [Publications] T.Masuda: "The appearance of the spin-Peierls phase under pressure in Cu_<1-x>MgxGeO_3"Phys.Rev.B. 67. 024423 (2003)
• [Publications] M.Mito et al.: "Pressure effects on an organic radical ferromagnet : 2,5-difluorophenyl-α-nitronyl nitroxide"Phys.Rev.B. 67. 024427-1-024427-8 (2003)
• [Publications] Masaki Mito et al.: "Pressure Effects on an S=1 Haldane Compound Ni(C_5H_<14>N_2)_2N_3(PF_6)"J.Phys.Soc.Japan. 72. 399-404 (2003)
• [Publications] H.Nakao et al.: "Charge and orbital ordered states in Nd1-xSr1+xMnO4 (x=0.67, 0.75)"Physica B. 329-333. 809-810 (2003)
• [Publications] Kouji Ejima et al.: "Pressure effect on the magnetism and structure of a spin-Peierls substance : MEM-[TCNQ]_2"Physica B. 329-333. 1195-1196 (2003)
• [Publications] Hirohiko Sato: "Critical phenomena in helical magnet β-MnO_2 : X-ray magnetic scattering study"Physica B. 329-333. 757-758 (2003)
• [Publications] K.Kuwahara et al.: "High Pressure X-Ray Diffraction Study of URu_2Si_2"Acta Physica Polonica B. 34. 4307-4310 (2003)
• [Publications] M.v.Zimmermann et al.: "Comment on 'X-ray resonant scattering studies of orbital and charge ordering in Pr_<1-x>Ca_xMnO_3'"Phys.Rev.B. 68. 127102-1-127102-2 (2003)
• [Publications] H.Nakao, Y.Murakami et al.: "Observation of Antiferroquadrupole Ordering in CeB_6 by using Resonant X-ray Scattering Technique"J. Phys. Soc. Jpn.. 71. 103-105 (2002)
• [Publications] T.Matsumura, Y.Murakami et al.: "Observation of the antiferroquadrupolar order in DyB_2C_2 by resonant x-ray scattering"Phy.Rev.B. 65. 094420 (2002)
• [Publications] T.Matsumura, Y.Murakami et el.: "Resonant X-ray Studies of the Quadrupolar Orderings in RB_2C_2(R=Dy,Ho)"J. Phys. Soc. Japan. 71. 91-93 (2002)
• [Publications] T.Inami, Y.Murakami et al.: "Symmetry breaking in the metal-insulator transition of BaVS_3"Phys. Rev. B. 66. 073108 (2002)
• [Publications] 有馬孝尚, 村上洋一: "電荷・軌道秩序のプローブとしての共鳴X線散乱法"固体物理. 37. 615-626 (2002)
• [Publications] 藤井保彦, 村上洋一他: "MaV_2O_3におけるスピン-亀荷-格子系の協力・競合現象-放射光・中性子の相補的利用-"固体物理. 37. 627-641 (2002)
• [Publications] H.Nakao, Y.Murakami et al.: "Quantitative determination of the atomic scattering tensor in orbitally ordered YTO_3 by using a resonant x-ray scattering technique"Phys. Rev. B. 66. 184419 (2002)
• [Publications] Y.Wakabayashi, Y.Murakami et al.: "Resonant X-ray Study on the Bi-Layered Perovskite Mn Oxide LaSr_2Mn_2O_7"J. Phys. Soc. Japan. 72. 618-626 (2003)
• [Publications] T.Masuda, Y.Murakami et al.: "The appearance of the spin-Peierls phase under pressure in Cu_<1-x>MgxGeO_3"Phys. Rev. B. 67. 024423 (2003)
• [Publications] M.Mito, Y.Murakami et al.: "Pressure effects on an organic radical ferromagnet : 2,5-difluorophenyl-α-nitronyl nitroxide"Phys. Rev. B. 67. 024427 (2003)
• [Publications] H.Sawa, Y.Murakami et al.: "Low-Temperature Structure of the Quarter-Filled Ladder Compound a'-NaV_2O_5"J. Phys. Soc. Jpn.. 71. 385-388 (2002)
• [Publications] N.Ogawa, Y.Murakami, K.Miyano: "Charge-density-wave phase reconstruction in the photoinduced dynamic phase transition in K_<0.3>MoO_3"Phys. Rev. B. 65. 155107 (2002)
• [Publications] 下村理, 水木純一郎, 澤博, 村上洋一: "放射光X線散乱を利用した構造物性実験への招待"固体物理. 37. 711-725 (2002)