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2000 年度 研究成果報告書概要

遷移金属酸化物の物質設計の理論

研究課題

研究課題/領域番号 09440129
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 固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)
研究機関東北大学

研究代表者

前川 禎通  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60005973)

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)
研究期間 (年度) 1997 – 2000
キーワード遷移金属酸化物 / スピン / 電荷 / 軌道 / 軌道秩序 / 共鳴X線散乱
研究概要

遷移金属酸化物では強い電子間相互作用のため,電子の持つ内部自由度,スピン・電荷・軌道,がいったん分離しそれぞれ独立な自由度として振る舞い,特徴的な競合を示す.その結果,各自由度で対称性の破れが起こり,多彩な量子状態(相)が出現する.そのため,遷移金属酸化物の物質設計を行うためには個々の自由度の秩序及び素励起をとらえるための観測理論を構築することが第一歩である.
本研究では,先ず始めにスピンと電荷の自由度の素励起であるスピンとホロンの観測の可能性を考察し,一次元銅酸化物において角度分解光電子分光によりそれらをとらえることに成功した.これはスタンフォード大学及び東京大学の実験グループと共同で行われたものである.また,軌道の秩序をとらえるために共鳴X線散乱の理論を発展させた.さらに軌道が与える素励起でめるオービドンの観測のためにラマン散乱により初めてオービドンの検出に成功した.軌道が伝導性(電荷)及び磁性(スピン)の性質を支配することも明らかにした.La_<0.88>Sr_<0.12>MnO_3は高温(145K<T<171K,Tは温度)では金属状態で弱い強磁性を示すが,低温(T<145K)で強磁性絶縁体になる.この2種類の強磁性の出現と金属・絶縁体転移は軌道によることを明らかにした.すなわち,高温では軌道の自由度のエントロピーの効果で軌道が揺らいで金属状態を安定化させる.ところが温度が低下するとエネルギーを下げるために軌道秩序が出現し,それと同時にスピン間の超交換相互作用が強磁性を強めることになる.この軌道の秩序については共鳴X線散乱実験が上記の理論を用いて解析された.
以上のように,本研究により電子の持つ内部自由度であるスピン・電荷・軌道が等価に扱えるようになり,遷移金属酸化物の物質設計のための基礎が確立した.

  • 研究成果

    (45件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (45件)

  • [文献書誌] W.Koshibae: "Interplay of Spin and Orbital orderings in perovskite Manganites"J.Phys.Soc.Jpn.. 66・4. 957-960 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] C.Kim: "Separation of Spin and Charge Excitations in One-Dimensional SrCuO_2"Phys.Rev.B. 56・24. 15589-15595 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] W.Koshibae: "Effects of Orbitals on Magnetization Process in Manganites"J.Phys.Soc.Jpn.. 66・10. 2985-2988 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Ishihara: "Pressure Effects in Manganites with Perovskite Structure"J.Phys.Soc.Jpn.. 66・10. 2965-2968 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 前川禎通: "遷移金属酸化物の物理(その1)-銅酸化物とマンガン酸化物-"固体物理. 32・1. 21-26 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 前川禎通: "遷移金属酸化物の物理(その2)-結晶構造と物性-"固体物理. 85・18. 870-876 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Maekawa: "Electronic Structure in Manganites"J.Mag.Mag.Matr.. 177・181. 850-853 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] C.Kim: "Systematics of the APRES Spectral Function of Cuprates : Insulator, Hole and Electron-doped Superconducotrs"Phys.Rev.Lett. 80・19. 4245-4248 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Maekawa: "Spin and Charge Excitations and Photoemission Spectra in 1D and 2D Cuprates"J.Phys.Chem.Solids. 29・10-12. 1897-1901 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Takahashi: "Effect of Coulomb Blockade on Magnetoresistance in Ferromagnetic Tunnel Junctions"Phys.Rev.Lett.. 80・8. 1758-1761 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Y.Mizuno: "Electronic States and Magnetic Properties of Edge-Sharing CuO Chains"Phys.Rev.B. 57・9. 5326-5335 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Ishihara: "Theory of Anomalous X-ray Scattering in Orbital Ordered Manganites"Phys.Rev.Lett.. 80・17. 3799-3862 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] W.Koshibae: "Incommensurate State and Spin-induced Peierls Instability"Phys.Rev.Lett.. 82・10. 1811-1814 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Takahashi: "Spin-Imbalance and Magnetoresistance in Ferromagnet/Superconductor/Ferro magnet Double Tunnel Junctions"Phys.Rev.Lett.. 82・19. 3911-3914 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] T.Tohyama: "Incommensurate State and Spin-induced Peierls Instability"J.Phys.Soc.Jpn.. 69・1. 9-12 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] T.Tohyama: "Effect of Stripe on Electronic Stripe on Electronic States in Underdoped La_<2-x>Sr_xCuO_4"Phys.Rev.Lett.. 82・24. 4910-4913 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] K.Tsutsui: "Momentum Dpendence of resonant Inelastic X-Ray Scatering Spectrum in Insulating Cuprates"Phys.Rev.Lett.. 83・18. 3705-3708 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M.Z.Hasan: "Electronic Structure of Mott Insulators Studied by Inelastic X-ray Scattering"Science. 288. 1811-1814 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Y.Mizuno: "Nonlinear Optical Response and Spin-Charge Separation in One-Dimensional Mott Insulators"Phys.Rev.B. 62. R4769-R4772 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Ishihara: "Theory of Orbital Ordering, Fluctuation and Resonant X-ray Scattering in Manganites"Phys.Rev.B. 62・14. R9252-R9255 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S.Ishihara: "Orbital Ordering and Resonant X-Ray Scattering in Layered Manganites"Phys.Rev.B. 62・9. 5690-2695 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] W.Koshibae: "Thermopower in Cobalt Oxides"Phys.Rev.B. 62・10. 6869-6872 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] G.Khaliullin: "Orbital Liquid in Three-Dimensional Mott Insulator.LaTiO_3"Phys.Rev.Lett.. 85・18. 3950-3953 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 前川禎通: "巨大磁気伝導の新展開"アグネ技術センター. 7 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] W.Koshibae: "Interplay of Spin and Orbital orderings in perovskite Manganites"J.Phys.Soc.Jpn.. 66-4. 957-960 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] C.kim: "Separation of Spin and Charge Excitations in One-Dimensional SrCuO_2"Phys.Rev.B. 56-24. 15589-15595 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] W.Koshibae: "Effects of Orbitals on Magnetization Process in Manganites"J.Phys.Soc.Jpn.. 66-10. 2985-2988 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Ishihara: "Pressure Effects in Manganites with Perovskite Structure"J.Phys.Soc.Jpn.. 66-10. 2965-2968 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Maekawa: "Electronic Structure in Manganites"J.Mag.Mag.Matr.. 177-181. 850-853 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] C.Kim: "Systematics of the APRES Spectral Function of Cuprates : Insulator, Hole and Electron-doped Superconducotrs"Phys.Rev.Lett. 80-19. 4245-4248 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Maekawa: "Spin and Charge Excitations and Photoemission Spectra in 1D and 2D Cuprates"J.Phys.Chem.Solids. 29-10-12. 1897-1901 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Takahashi: "Effect of Coulomb Blockade on Magnetoresistance in Ferromagnetic Tunnel Junctions"Phys.Rev.Lett.. 80-8. 1758-1761 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Y.Mizuno: "Electronic States and Magnetic Properties of Edge-Sharing CuO Chains"Phys.Rev.B. 57-9. 5326-5335 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Ishihara: "Theory of Anomalous X-ray Scattering in Orbital Ordered Manganites"Phys.Rev.Lett.. 80-17. 3799-3862 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] W.Koshibae: "ncommensurate State and Spin-induced Peierls Instability"Phys.Rev.Lett.. 82-10. 1811-1814 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Takahashi: "Spin-Imbalance and Magnetoresistance in Ferromagnet/Superconductor/Ferr0magnet Double Tunnel Junctions"Phys.Rev.Lett.. 82-19. 3911-3914 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] T.Tohyama: "Incommensurate State and Spin-induced Peierls Instability"J.Phys.Soc.Jpn.. 69-1. 9-12 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] T.Tohyama: "Effect of Stripe on Electronic Stripe on Electronic States in Underdoped La_<2-x>Sr_xCuO_4"Phys.Rev.Lett.. 82-14. 4910-4913 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] K.Tsutsui: "Momentum Dpendence of resonant Inelastic X-Ray Scatering Spectrum in Insulating Cuprates"Phys.Rev.Lett.. 83-18. 3705-3808 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Z.Hasan: "Electronic Structure of Mott Insulators Studied by Inelastic X-ray Scattering"Science. 288. 1811-1814 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Y.Mizuno: "Nonlinear Optical Response and Spin-Charge Separation in One-Dimensional Mott Insulators"Phys.Rev.B. 62. R4769-R4772 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Ishihara: "Theory of Orbital Ordering, Fluctuation and Resonant X-ray Scattering in Manganite"Phys.Rev.B. 62-10. R9252-R9255 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Ishihara: "Orbital Ordering and Resonant X-Ray Scattering in Layered Manganites"Phys.Rev.B. 62-9. 5690-5695 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] W.Koshibae: "Thermopower in Cobalt Oxides"Phys.Rev.B. 62-10. 6859-6872 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] G.Kahliullin: "Orbital Liquid in Three-Dimensional Mott Insulator : LaTiO_3"Phys.Rev.Lett.. 85-18. 3950-3953 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2002-03-26  

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