2020 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration of non-thermal equilibrium state in manganese oxide
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19K14669
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
松浦 慧介 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (50824017)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 非平衡状態 / 過冷却準安定状態 / 軌道自由度 / 超巨大磁気抵抗効果 / 不揮発制御 / マンガン酸化物 / 磁化・磁気イメージング / 電気抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強相関電子物質では、電場、磁場、圧力、光、化学組成の制御を通じて、巨大な物性応答が発現する。近年、新たな電子相制御のパラメータとして、温度掃引速度が注目されている。電気パルスを用いれば、通常の冷凍機の冷却速度をはるかに凌ぐ冷却速度が実現される。超急冷下では、熱平衡相図には存在しない、準安定状態が出現することが明らかになってきた。これまで電荷やスピン自由度を有する系で急冷下での準安定状態が発見されてきた。自然な類推から、第三の電子内部自由度である軌道自由度系においても急冷下で準安定状態が発現すると期待される。本研究では、軌道縮退系において、急冷により新奇な準安定状態を開拓することを目標とし、軌道縮退系の代表例の一つであるペロブスカイト型マンガン酸化物を対象に、超急冷手法を適用する。本研究の学術的な意義は、強相関電子系の第三の電子内部自由度である軌道自由度に関して急冷手法を適用することで、一連の電子内部自由度に関する非熱平衡状態の知見が蓄積される点にあると考えている。
まず、電気抵抗と磁化を同時に測定できるプローブを設計し、急冷実験と磁化測定を組み合わせることに成功した。マンガン酸化物において、急冷による強磁性金属状態の生成に世界で初めて成功した。また、この急冷強磁性状態が冷却速度にどのように依存するかを系統的に調べたところ、反強磁性絶縁体相と強磁性金属相の相境界近傍において、臨界冷却速度が4桁減少することが分かった。さらに、TTT曲線の磁場依存性を実験的に明らかにすることができた。相境界近傍において、熱平衡相図が、非平衡な制御パラメータである冷却速度とも密接に関係することを実証した。磁気力顕微鏡を用いて、磁化分布の実空間観測を行うことで、急冷状態の可視化に成功した。本研究で用いた急冷による準安定強磁性金属状態の生成技術を用いることで、急冷及び徐冷を用いた磁化制御を実証した。
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