X線磁気回折による軌道整列系ペロブスカイトチタン酸化物のd電子基底状態解明

• 研究課題/領域番号: 16340098
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 伊藤 正久 群馬大学, 工学部, 教授 (90124362)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 15,800千円 (直接経費: 15,800千円); 2006年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2005年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 2004年度: 12,200千円 (直接経費: 12,200千円)
• キーワード: X線磁気回折 / X線磁気散乱 / スピン磁気形状因子 / 軌道磁気形状因子 / スピン密度分布 / 軌道整列 / ペロブスカイトチタン酸化物 / ペロブスカイト酸化物 / 強磁性体 / YTiO_3

研究概要

ペロブスカイト酸化物YTiO_3は軌道整列現象を示し、かつ、30K以下で強磁性となる、という特異な物性を持つ。軌道整列ならびに磁性の源はTi-3d電子である。本研究の目的は、軌道整列系ペロブスカイトチタン酸化物YTiO_3の物性解明を、放射光X線の磁気的な回折・散乱を利用して行なうことである。実験手法は、楕円偏光放射光X線の磁気モーメントによる弾性散乱および非弾性散乱(X線磁気回折および磁気コンプトン散乱)を用いた。磁性電子の波動関数を、前者は逆格子空間(あるいはそのフーリエ空間である実空間)で観測し、後者は運動量空間で測定するものである。放射光X線により3d電子軌道を直接観測し、その基底状態を解明することが本研究の目標である。
磁化困難軸方向では、磁化の飽和に2T超の磁場を要する。X線磁気回折・磁気コンプトン散乱では磁化の飽和が必須条件である。このため、X線磁気回折実験システムの高度化を行ない、2T超の磁場発生可能な大型磁石および高性能冷凍機を導入した。これにより、試料結晶を任意方向で磁化飽和させたX線磁気回折実験が可能となった。
X線磁気回折実験では以下の成果を得た。実験系の高度化により、全ての主軸を含む方向でスピン形状因子の測定が可能となった。これにより、3次元実空間でスピン密度分布をX線では初めて得ることに成功した。得られた密度分布は3d-t2g電子分布を非常によく再現するものであった。これは、恐らく、特定の3d電子軌道を3次元実空間において直接観測した初めての実験結果であろう。磁気コンプトン散乱実験では、軌道整列系強磁性体の磁気コンプトンプロファイルを初めて測定することに成功した。モデル波動関数を用いた計算プロファイルと実験プロファイルの比較により、d電子基底波動関数を決めることができた。本研究によりYTiO_3の整列電子軌道(基底は導関数)を、実空間および運度量空間において明らかにすることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic Compton Profile Study of orbital ordering state of 3d electrons in YTiO_3 (2008)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji
  • 雑誌名: Journal of The Physical Society of Japan 77・2 ページ: 237051-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Compton Profile Study of orbital ordering state of 3d electrons in YTiO_3 (2008)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji, Masahisa Ito, Hiroshi Sakurai, Kosuke Suzuki, Kei Tanaka, Kensuke Kitani, Hiromichi Adachi, Hiroshi Kawata, Akihisa Koizumi, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.77 No.2
  • NAID: 110006613873
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Study of the t2g Orbital in the YTiO_3 by Using Magnetic Compton Profile Measurement (2007)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 24・B ページ: 78-78
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of 3D Spin Density Distribution of Ferromagnetic YTiO_3 by X-Ray Magnetic Diffraction (2007)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 24・B ページ: 82-82
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Upgrade of X-Ray Magnetic Diffraction Experimental System (2007)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 24・B ページ: 274-274
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 放射光X線の磁気的な弾性・非弾性散乱による強磁性体YTiO3の電子軌道状態の研究 (2007)
  • 著者名/発表者名: 辻 成希
  • 雑誌名: 群馬大学アドバンスドテクノロジー高度研究センター平成18年度年報 ページ: 150-151
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] X線磁気回折実験システムの高度化と強磁性.体YTio_3への応用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 宏輔
  • 雑誌名: 群馬大学アドバンスドテクノロジー高度研究センター平成18年度年報 ページ: 182-183
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Upgrade of X-ray Magnetic Diffraction Experimental System and Its Application to Ferromagnetic Material (2007)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings, Synchrotron Radiation Instrumentation:Ninth Conference of Synchrotron Radiation 879 ページ: 1691-1694
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Upgrade of X-ray Magnetic Diffraction Experimental System and Its Application to Ferromagnetic Material (2007)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki, Masahisa Ito, Naruki Tsuji, Hiromitu Akiyama, Kensuke Kitani, Hiromichi Adachi, Hiroshi Kawata
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings, Synchrotron Radiation Instrumentation : Ninth Conference of Synchrotron Radiation Vol.879 ページ: 1691-1694
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Study of the t_<2g> Orbital in the YTiO_3 by Using Magnetic Compton Profile Measurement (2007)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji, Masahisa Ito, Hiroshi Sakurai, KosukE Suzuki, Kei Tanaka, Hiromichi Adachi, Hiroshi Kawata, Akihisa Koizumi, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report #24 Part B ページ: 78-78
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Observation of 3D Spin Density Distribution of Ferromagnetic YTiO_3 by X-Ray Magnetic Diffraction (2007)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki, Masahisa Ito, Naruki Tsuji, Kensuke Kitani, Hiromichi Adachi, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura, Eiji Nishibori, Makoto Sakata
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report #24 Part B ページ: 82-82
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Upgrade of X-Ray Magnetic Diffraction Experimental System (2007)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki, Masahisa Ito, Naruki Tsuji, Hiromitsu Akiyama, Kensuke Kitani, Hiromichi Adachi, Hiroshi Kawata
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report #24 Part B ページ: 274-274
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Upgrade of X-ray Magnetic Diffraction Experimental System and Its Application to Ferromagnetic Material (2007)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings, Synchrotron Radiation Instrumentation : Ninth Conference of Synchrotron Radiation 879 ページ: 1691-1694
• [雑誌論文] Study of the t_<2g> Orbital in the YTiO_3 by using Magnetic Compton Profile Measurement (2006)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 23・B ページ: 92-92
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 放射光X線の磁気的な弾性・非弾性散乱による強磁性体YTiO_3の電子軌道状態の研究 (2006)
  • 著者名/発表者名: 辻 成希
  • 雑誌名: 群馬大学サテライト・ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー平成17年度年報 ページ: 4-5
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] X線磁気回折実験システムの高度化と軌道整列ペロブスカイト酸化物の磁性研究への応用 (2006)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 宏輔
  • 雑誌名: 群馬大学サテライト・ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー平成17年度年報 ページ: 6-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Study of the t_<2g> orbital in the YTiO_3 by using Magnetic Compton Profile Measurement (2006)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji, Masahisa Ito, Hirosi Sakurai, Kousuke Suzuki, Kensuke Kitani, Hiromichi Adachi, Hiroshi Kawata, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujiro Taguchi, Akihiro Koizumi, Yoshinori Tokura
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report #23 part B ページ: 92-92
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Study of the t_<2g> Orbital in the YTiO_3 by using Magnetic Compton Profile Measurement (2006)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 23 ページ: 92-92
• [雑誌論文] Direct observation of ordered orbital of YTiO_3 by the X-ray magnetic diffraction technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Masahisa Ito
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 238 ページ: 237-241
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Spin density and ordered orbital of YTiO_3 0bserved by X-ray magnetic diffraction (2005)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji
  • 雑誌名: Acta Crystallographica A 60
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] MEM analysis of the spin magnetic form factor of YTiO_3 measured by fX-ray magnetic diffraction (2005)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 22・B ページ: 114-114
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] X線磁気回折による強磁性YTiO_3のスピン密度分布ならびに整列軌道の観測 (2005)
  • 著者名/発表者名: 辻 成希
  • 雑誌名: 群馬大学サテライト・ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー平成16年度年報 ページ: 12-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct observation of ordered orbital of YTiO_3 by the X-ray magnetic diffraction technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Masahisa Ito, Naruki Tuji, Hiromichi Adachi, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B Vol.238 ページ: 237-241
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Spin density and ordered orbital of YTiO_3 observed by X-ray magnetic diffraction (2005)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji, Masahisa Ito, Hiromitsu Akiyama, Kousuke Suzuki, Hiromichi Adachi, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura
  • 雑誌名: Acta Crystallographica A Vol.61
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] MEM analysis of the spin magnetic form factor of YTiO_3 measured by X-ray magnetic diffraction (2005)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji, Masahisa Ito, Hiromitu Akiyama, Kousuke Suzuki, Hiromichi Aadachi, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura, Eiji Nishibori, Makoto Sakata
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report #22 part B ページ: 114-114
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Direct observation of ordered orbital of YTiO_3 by the X-ray magnetic diffraction technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Masahisa ITO
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B Vol.238 ページ: 237-241
• [雑誌論文] Spin density and ordered orbital of YTiO_3 observed by X-ray magnetic diffraction (2005)
  • 著者名/発表者名: Naruki TSUJI
  • 雑誌名: Acta Crystallographica A Vol.60
• [雑誌論文] MEM analysis of the spin magnetic form factor of YTiO_3 measured by X-ray magnetic diffraction (2005)
  • 著者名/発表者名: Naruki TSUJI
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report #22 ページ: 114-114
• [雑誌論文] Observation of ordered obital of TYiO3 by the X-ray magnetic diffraction experiments (2004)
  • 著者名/発表者名: Masahisa Ito
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 65 ページ: 1993-1997
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Direct Observation of the Spin Density Distribution of Ferromagnetic YTiO_3 by the X-ray Magnetic Diffraction (2004)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 21・B ページ: 109-109
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of Ordered Orbital of YTiO_3 by the X-ray Magnetic Diffraction Experiments (2004)
  • 著者名/発表者名: Masahisa Ito, Naruki Tsuji, Fumitake Itoh, Hiromichi Adachi, Etsuo Arakawa, Kazumichi Namikawa, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujirou Taguchi, Yoshinori Tokura
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids Vol.65 No.12 ページ: 1993-1997
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Direct Observation of the Spin Density Distribution of Ferromagnetic YTiO_3 by the X-ray Magnetic Diffraction (2004)
  • 著者名/発表者名: Naruki Tsuji, Masahisa Ito, Hiromitu Akiyama, Kousuke Suzuki, Hiromichi Adachi, Hironori Nakao, Youichi Murakami, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report #21 part B ページ: 109-109
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Observation of ordered orbital of TYiO3 by the X-ray magnetic diffraction experiments (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Ito, N.Tsuji, F.Itoh, H.Adachi, E.Arakawa, K.Namikawa, H.Nakao, Y.Murakami, Y.Taguchi, Y.Tokura
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 65 ページ: 1993-1997
• [図書] 放射光X線磁気分光と散乱 (2007)
  • 著者名/発表者名: 橋爪 弘雄
  • 総ページ数: 252
  • 出版者: アイピーシー
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 放射光X線磁気分光と散乱 (2007)
  • 著者名/発表者名: 橋爪弘雄
  • 総ページ数: 252
  • 出版者: アイピーシー