X線磁気散乱による軌道モーメント秩序整列及びその揺らぎの研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09440128
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 遠藤 康夫 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00013483)
• 研究分担者: 佐藤 憲昭 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30170773) ; 山田 和芳 京都大学, 化学研究所, 教授 (70133923) ; 廣田 和馬 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90272012) ; 水木 純一郎 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授
• キーワード: 軌道整列 / X線磁気散乱 / ATS散乱 / Jahn-Teller効果 / 放射光 / Mn酸化物 / 軌道分裂 / 中性子散乱

研究概要

電子物性の新しい側面としての「強相関」相互作用の理解の為に、遷移金属酸化物の「高温超伝導」 「コロサル磁気抵抗」の発現の問題をとりあげた。中でも最近見つけられた磁性を担う電子の軌道の重要性に注目し、放射光X線を用いた軌道整列の観測を第一の目的に掲げ成果を出した。
第1には反強磁性絶縁体のLaMnO_3の結晶中のMn電子の軌道整列が何故放射光X線の異常共鳴散乱で観測されるかを初めて基本的に証明した。この研究成果は最初に発見された放射光実験を論理的に正しいことを初めて証明したことにもなった。それと共に新しい成果として「軌道」整列が協力的Jahn-Teller(JT)効果で起こることを格子歪みの回折実験を同時に行って明確にした。残る問題としてはこの相転移が、連続的(2次転移)であるか否かと反強磁性オーダーが起こる温度領域でのX線散乱強度の異常の原因を明らかにすることである。
第2にはLaMnO_3に「正孔」を注入して金属化させる際、その濃度が1/8近くで起こる相転移に注目した。この相転移が「軌道」整列に重要な役割をしている事を発見した。しかもこの「軌道」整列にはJT歪みとは無関係で起こることも確認された新しい現象であることを発見し、相転移の原因は「軌道」整列が融けると同時に電荷が乱雑になる傾向を見出し、軌道-電荷-磁性の携がりを証明する結果となった。
第3には、この基盤研究の成果を発展させる為に理論家と協力して「軌道」の揺らぎを検出する可能性を追求した。更に戦略研究にも採用され、来年度以降新しい実験装置をSPring8に建設する計画が進んで
いる。

研究成果

• [文献書誌] K.Hirota,Y.Endoh et al.: "Neutron-scattering studies of magnetic excitations in La_<1-x>Sr_xMnO_3:A dimentional crossover" Physica B. 237-238. 36-38 (1997)
• [文献書誌] K.Hirota,Y.Endoh et al.: "Magnetic excitations of bandwidth-controlled Mn perovskite(La_<1-x-y>Y_y)Sr_xMnO_3" J.Magn.Magn.Mater.177-181. 864-866 (1998)
• [文献書誌] K.Hirota,Y.Endoh et al.: "Neutron-Diffraction Studies on the Magnetic Ordering Process in the Layered Mn Perovskite La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7(x=0.40,0.45 and 0.48)" J.Phys.Soc.Jpn.67(10). 3380-383 (1998)
• [文献書誌] Y.Murakami,K.Hirota,Y.Endoh et al.: "Resonant X-ray Scattering from Orbital Ordering in LaMnO_3" Phy.Rev.Lett.81(3). 582-585 (1998)
• [文献書誌] N.Bernhoeft,N.Sato Y.Endoh et al.: "Enhancement of Magnetic Fluctuations on Passing below T_c in the Heavy Fermion Superconductor UPd_2Al_3" Phys.Rev.Lett.81(19). 4244-4247 (1998)
• [文献書誌] M.Takahashi,J.Mizuki: "An additional axis for the surface X-ray diffractometer" J.Synchrotron Red.5. 893-895 (1998)
• [文献書誌] Y.Endoh,K.Hirota et al.: "Field induced transition from metal to insulator in the CMR manganites" Mat.Sci.Eng.B. (in press).
• [文献書誌] M.Kubota,K.Hirota,Y.Endoh et al.: "Neutron Scattering Studies on Magnetic Structure of the Duble-Layered Manganite La_<2-2x>Sr_<1+2>xMn_2O_7(0.30 x 0.50)" J.Phys.Chem.Solid.(in press).
• [文献書誌] H.Fujioka,K.Hirota,Y.Endoh et al.: "Spin Dynamical Properties of the Layered Perovskite La_<1-2>Sr_<1_8>Mn_2O_7" J.Phys.Chem.Solid.(in press).
• [文献書誌] M.Takata,J.Mizuki et al.: "The MEM Charge Density Study of Rb_2CsC_<60>,K_2RbC_<60> and Li_2CsC_<60> by Synchrotron Radiation Powder Method." Jpn.J.Appl.Phys.(in press).
• [文献書誌] M.A.Kastner,Y.Endoh et al.: "Magnetic,transport,and optical properties of monolayer copper oxides" Rev.Mod.Phys.70(3). 897-928 (1998)
• [文献書誌] S.Mitsudo,Y.Endoh et al.: "Submilimeter wave ESR measuement of LaMnO_3" J.Magn.Magn.Mater.177-181. 877-878 (1998)
• [文献書誌] 遠藤康夫他編: "電子と物理" 丸善, 200 (1998)