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

• 研究課題/領域番号: 13J02007
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
• 研究機関: 東京大学 (2014); 名古屋大学 (2013)
• 研究代表者: 浅井 晋一郎 東京大学, 物性研究所, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2013年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 中性子散乱 / 磁性 / 遷移金属酸化物 / スピン状態クロスオーバー / 構造物性 / 赤外分光 / LaCoO3

研究実績の概要

我々はCo3+のスピン状態が温度変化するLaCoO3のCoを一部Rhに置換し、その磁性や構造物性の変化から本系におけるスピン状態の変化について議論を行ってきた。これまでの議論は本系ではCo3+のスピン状態として高スピン状態と低スピン状態の二種類が存在することを示唆する。さらに、磁化率測定の結果からLaCo0.8Rh0.2O3において転移温度15 Kの強磁性短距離秩序が現れることが示唆された。今年度はまずこれまでの結果を博士論文としてまとめた。学位所得後は東京大学物性研究所益田研究室で中性子散乱実験による遷移金属酸化物の磁性の研究を行った。
LaCo0.8Rh0.2O3の励起スペクトルから強磁性秩序を議論するため、J-PARC、HRC分光器で粉末中性子非弾性散乱実験を行った。今回の実験では転移温度以下においてスピン波スペクトルを観測することはできなかった。また、Q = (000) 近傍の散乱強度が50 K以下において温度減少とともに増大することがわかった。
LaCo0.8Rh0.2O3に対する偏極中性子散乱実験について、申請者が中心となって実験課題の申請を行った。本年度中のマシンタイムは獲得できなかったが、来年度のドイツ、MLZのDNS分光器での実験を認められた。
三角格子反強磁性体Ba3NiTa2O9とBa2NiTeO6の粉末中性子散乱実験を行い、転移温度以下で磁気反射を観測した。解析の結果、Ba3NiTa2O9とBa2NiTeO6はそれぞれ120度構造とコリニア反強磁性磁気秩序をとることが分かった。Ba2NiTeO6のコリニアな磁気秩序の起源を議論するため、三次近接相互作用までを考慮したハイゼンベルグハミルトニアンを用いてBa2NiTeO6の古典的基底状態を計算し、磁気相図を作成した。そして、実験的に得られたコリニアな磁気秩序を基底状態にもつ相が相図に現れることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Weak Ferromagnetic Ordering Disordered by Rh3+ Ions for LaCo0.8Rh0.2O3 (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Asai, Ryuji Okazaki, Ichiro Terasaki, Yukio Yasui, Naoki Igawa, and Kazuhisa Kakurai
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 3 ページ: 014034-014034
  • DOI: 10.7566/jpscp.3.014034
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin State of Co3+ in LaCol-xRhxO3 Investigated by Structural Phenomena (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82
  • 査読あり
• [学会発表] 三角格子反強磁性体Ba3NiTa2O9とBa2NiTeO6の磁気構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎、左右田稔、笠谷和宏、小野俊雄、Maxim avdeev、益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] 三角格子反強磁性体Ba3NiTa2O9とBa2NiTeO6の磁気構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎、左右田稔、益田隆嗣、笠谷和宏、小野俊雄、Maxim avdeev
  • 学会等名: 日本中性子科学会14回年会
  • 発表場所: 北海道立道民活動センター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-12-11
• [学会発表] Ferromagnetism and unconventional impurity effects in Rh-and Ga-doped LaCoO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎
  • 学会等名: APS March Meeting 2014
  • 発表場所: デンバー、コロラド(アメリカ)
• [学会発表] Anomalous non-magnetic-ion substitution effect for perovskite oxide LaCoO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎
  • 学会等名: The IGER International Symposium on Scinence of Molecular Assembly and Biomolecular Systems 2014
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Sr1-xBaxCo0.5Nb0.5O3におけるCo3+のスピン状態クロスオーバー (2014)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
• [学会発表] Weak ferrornagnetism of LaCo1-xRhxO3 driven by controlling the spin state of Co3+ions (2013)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎
  • 学会等名: The Internatienal Conference on Strongly Correlated Electron Svstems2013
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] 赤外分光から見たLaCo1-xRhxO3のCo3+のスピン状態クロスオーバー (2013)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学