2000 Fiscal Year Annual Research Report
マンガン酸化物における軌道の自由度のダイナミックス
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12046208
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石原 純夫 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30292262)
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| Keywords | 遷移金属酸化物 / 軌道の自由度 / 強相関電子系 / 共鳴X線散乱 / ラマン散乱 / 巨大磁気抵抗効果 |
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| Research Abstract |
平成12年度の研究課題として「軌道秩序のある絶縁相における軌道励起」を取り上げた。この課題に対して以下の2つの項目について研究を行った。
(A)軌道の集団励起"軌道波"の性質とラマン散乱による観測
軌道秩序相において軌道の集団励起が存在することは以前から知られていた。本研究ではその励起モードの対称性を群論的な解析を用いることで詳細に調べると同時に、その温度変化、格子との結合、磁気構造との関連についてミクロな模型から理論的に調べた。更に波数が小さい領域の励起状態はラマン散乱により観測が可能であることを指摘し、その散乱過程を提案、散乱強度の偏光、エネルギー依存性を詳細に調べた。最近わが国の実験グループにより、ラマン散乱スペクトルにおいてフォノンより高エネルギー側に新たなピーク構造が存在することを見出された。本研究では実験・理論両結果を比較検討することで、これが軌道の集団励起による可能性が高いことを指摘した。本研究は実験グループとの共著により「Nature」誌に掲載された。
(B)軌道励起と共鳴非弾性X線散乱による観測
軌道の励起状態は共鳴X線散乱により観測が可能であることを指摘した。その特徴は、X線の波長が格子定数と同程度であるために、励起の波数依存性が観測可能であることである。本研究ではX線散乱を用いた軌道励起の素過程を提案し、散乱断面積の定式化を行った。ここでは、散乱の中間状態で存在するコア・ホールや3d軌道における電子間相互作用等の局所的な電子状態と同時に、励起の波数依存性を司る電子の遍歴性を同時に取り扱わなければならない。このためにリウヴィル演算子法と演算子展開法を併用することでその記述を行った。最終的に散乱断面積は電荷並びに軌道揺らぎの動的相関関数で表現することが示される。軌道秩序のあるLaMnO_3の個別軌道励起に焦点を当て、上記の理論的枠組みを用いてスペクトルのエネルギー、偏光、波数依存性の計算を行った。LaMnO_3における共鳴非弾性X線散乱の実験は現在Spring-8においてなされており、実験と理論との詳細な比較を現在行っている。
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[Publications] S.Ishihara and S.Maekawa: "Orbital Ordering, Fluctuation and Resonant X-ray Scattering in Manganites"Physical Review B. 62. R9252-R9255 (2000)
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[Publications] S.Okamoto,S.Ishihara,and S.Maekawa: "Phase Transition in Perovskite Manganites with Orbital Degree of Freedom"Physical Review B. 61. 14647-14655 (2000)
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[Publications] S.Ishihara and S.Maekawa: "Orbital Ordering and Resonant X-ray Scattering in Layered Manganites"Physical Review B. 62. 5690-5695 (2000)
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[Publications] E.Saitoh,S.Okamoto ほか: "Observation of orbital wave "orbiton"in a solid"Nature. 410. 180-183 (2001)
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[Publications] S.Okamoto,S.Ishihara and S.Maekawa: "Orbital Structure and Magnetic Ordering in Layered Manganites : Universal Correlation and Its Mechanism"Physical Review B. 63. 104401 (2001)
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[Publications] 石原純夫,前川禎通: "放射光でみる強相関電子系の軌道秩序"日本結晶学会誌. (掲載予定).
