2013 Fiscal Year Annual Research Report
コバルト酸化物のスピン状態自由度によって誘起される異常な電子状態の研究
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13J02007
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
浅井 晋一郎 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Keywords | スピン状態クロスオーバー / 構造物性 / 赤外分光 / LaCoO3 |
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| Research Abstract |
我々はCo3+のスピン状態が温度変化するLaCoO3にRhを置換し、その磁性や構造物性の変化からCo3+のスピン状態について議論を行ってきた。今年度はLaCo1-xRhxO3におけるCo3+のスピン状態や強磁性について詳細に研究を行い、さらに新たなコバルト酸化物におけるCo3+のスピン状態クロスオーバーを見出した。
中性子回折実験、放射光X線回折実験から得られたLaCo1-xRhxO3の詳細な構造物性からCo3+のスピン状態について議論した。実験はJ-PARC、iMATERJA及びKEK-PF BL-8Aと8Bにて行った。
LaCo0.8Rh0.2O3の結晶構造解析の結果、この物質は等方的なCoO6八面体をもつことがわかり、これはCo3+のスピン状態が高スピン状態と低スピン状態の混合状態であることを示唆する。さらに、LaCo1-xRhxO3の格子体積の温度変化から定量的にCo3+のスピン状態の温度変化を議論し、室温で組成式'あたり25%程度のCo3+が高スピン状態として存在することを見出した。
SPring-8のBL-43IRにおいてLaCol-xRhxO3の赤外分光スペクトルからCo3+のスピン状態とフォノンスペクトルの相関について議論した。LaCoO3ではスピン状態クロスオ一バーに伴い大きくフォノンスペクトルが変化し、低温で0.065eV付近に観測された1つのピークが温度上昇に伴い2つに分裂する。一方でRhを置換した試料では低温まで分裂した構造が安定に保たれていて、Rh置換によってスピン状態クロスオーバーが抑えられたことと矛盾しない。
我々は磁化と格子体積の温度変化からCo3+のスピン状態の温度変化を解析する手法を見出し、その手法を用いて新たなコバルト酸化物ACo0.5Nb0.5O3 (A=Ba, Sr)におけるCo3+のスピン状態クロスオーバーを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
LaCoO3のスピン状態について、磁性、構造物性及び赤外分光から互いに矛盾しない結果が得られその励起状態についての理解が大きく進んだ。さらに磁性と構造物性を定量的に解析できる手法を見出し、それを用いることで新たなコバルト酸化物のスピン状態クロスオーバーを明らかにした。
赤外分光の分解能(10μm程度)では実空間スケールでの不均一は観測されなかったが研究は進展しており、さらにそれらをまとめて博士論文を執筆し、学位を早期に取得することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
LaCo1-xRhxO3における弱強磁性についで、さらに詳細な中性子散乱実験から明らかにする。研究ぼ東京大学物性研究所の益田隆嗣先生との共同研究で行う予定である。また、今回新たにスピン状態クロスオーバーを見出したACo0.5Nb0.5O3 (A=Ba, Sr)について、高温での熱電性能を調べ、スピン状態クロスオーバーとの関連を詳しく調べる。
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[Journal Article] Spin State of Co3+ in LaCol-xRhxO3 Investigated by Structural Phenomena2013
Author(s)
Shinichiro Asai, Ryuji Okazaki, Ichiro Tersaki, Yukio Yasui, Wataru Kobayashi, Akiko Nakao, Keisuke Kobayashi, Reiji Kumai, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Naoki Igawa, Akinori Hoshikawa, Toru Ishigaki, Outi Parkkima, Maarit Karppinen, Hosao Yamaguchi
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 82
Pages: 114606-1-114606-6
Peer Reviewed
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