| 研究課題/領域番号 |
09440129
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
前川 禎通 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60005973)
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| 研究分担者 |
小椎八重 航 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20273253)
石原 純夫 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30292262)
遠山 貴巳 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (70237056)
高橋 三郎 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60171485)
小山 富男 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30153696)
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| キーワード | Mn酸化物 / 巨大磁気抵抗 / 軌道秩序 / 金属絶縁体転移 / 強磁性 / 強相関電子系 / 交換相互作用 / 異常X線錯乱 |
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| 研究概要 |
層状ペロフスカイト型マンガン酸化物A_<2-2x>B_<1+2x>Mn_2O_7(A:希土類イオン、B:アルカリ土類イオン)においては、立方ペロフスカイト型マンガン酸化物A_<1-x>B_xMnO_3と同様に巨大磁気抵抗(CMR)効果や多彩な磁気構造が報告されており、それらの起源に関して現在まで多くの研究がなされている。当研究では、層状マンガン酸化物における磁気構造、磁気相転移温度と3d電子のe_g軌道の相対的な安定性との相関を調べた。
まず、イオン模型を用いてe_g軌道の相対的な安定性を計算した。実験により求められた結晶構造を基に3z^2-r^2軌道とx^2-y^2軌道におけるマーデルングポテンシャル(V_<3z^2-r^2>ならびにV_<x^2-y^2>)を計算し、2つの軌道のエネルギー準位差ΔV=V_<3z^2-r^2>-V_<x^2-y^2>からe_g軌道の相対的な安定性を評価した。結晶構造が明らかとなっている種々の層状マンガン酸化物に対してΔVを求め、これと強磁性転移温度T_cおよび層状反強磁性相の転移温度T_Nとの相関を調べたところ、以下のように磁気転移温度と磁気構造がΔVによって良く整理されることが示された:(1)x^2-y^2軌道のエネルギー準位が低いほど層状反強磁性相が安定となる。(2)強磁性相の出現には3z^2-r^2軌道とx^2-y^2軌道との混成が不可欠である。このことは、磁気的相互作用が軌道によって支配されている。実験データを基に得られた磁気構造と軌道の安定性との間の相関は、強い電子間相互作用と軌道の自由度を考慮した模型を用いた理論的計算により良く説明されることが明らかになった。
このような3d電子の軌道の安定性と物性の関係は以前に我々のグループにより、高温超伝導について研究された。従って、軌道は遷移金属酸化物の物性にとっても最も基本的な自由度であると結論される。
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