酸素ホールの物理と化学:高原子価鉄族酸化物における相転移とダイナミックスの研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12304018
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤森 淳 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (10209108)
• 研究分担者: 瀬戸 誠 京都大学, 原子炉実験所, 助教授 (40243109) ; 那須 三郎 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (00030057) ; 高野 幹夫 京都大学, 化学研究所, 教授 (70068138)
• キーワード: Fe酸化物 / 電荷分離 / 単結晶薄膜 / 単結晶育成 / ホール効果 / 光電子分光 / 超高圧 / メスバウアー分光

研究概要

ペロブスカイト型鉄酸化物の単結晶試料合成と各種の物性測定を行い、以下の成果を得た。
<単結晶育成>
3GPaの高圧下でCaFeO_3の単結晶(1mmx1mmx0.1mm程度)を育成することに成功した。また、高圧合成と比較して100万分の一程度の低圧下で、SrFeO_3、CaFeO_3、Sr_<2/3>La_<1/3>FeO_3、Sr_2FeCoO_6及びSrCoO_3の単結晶薄膜を作製することに世界で初めて成功した。単結晶薄膜の生成過程を、エックス線回折とメスバウア効果の測定及び断面電子顕微鏡観察により検討し、基板結晶との格子のマッチングが非常に重要であることを見出した。
<輸送現象>
SrFeO_3薄膜のホール効果の測定を行い、電荷キャリアがホールであることを明らかにした。
<メスバウアー分光>
電荷とスピンが温度によって整列する、ペロブスカイト型鉄酸化物CaFeO_3およびLa_<1/3>Sr_<2/3>FeO_3の温度・圧力・磁気状態図をダイヤモンドアンビルセル(DAC)を用いた高圧下^<57>Feメスバウアー分光測定から明らかにした。さらにSr_3Fe_2O_7についてもその電荷分離および磁気秩序の詳細を明らかにした。
<光電子分光>
CaFeO_3の光電子スペクトルで電荷分離に伴うギャップが開くことを観測したが、金属相ではLa_<1/3>Sr_<2/3>FeO_3と異なり擬ギャップ的振る舞いが見られなかった。
<バンド計算>
非制限Hartree-Fock近似バンド計算により、CaFeO_3の電荷分離に格子変形が必要であることを見出し、格子変形を必要としないLa_<1/3>Sr_<2/3>FeO_3の電荷分離とは機構が異なることが示唆された。
<核共鳴非弾性散乱>
CaFeO_3、La_<1/3>Sr_<2/3>FeO_3の放射光核共鳴非弾性散乱を電荷分離温度近傍で行い、それら物質中におけるFe原子の局所フォノン状態密度の変化を観測した。また、磁気転移に伴い弾性散乱強度が変化するという新しい現象を発見した。

研究成果

• [文献書誌] J.Okamoto: "Magnetic X-Ray Dichroism Study of La_<1-x>Sr_xCoO_3"Phys.Rev.B. 62. 4455-4458 (2000)
• [文献書誌] A.Fujimori: "Pressure Effects on Transition-Metal Compounds near Insulator-Metal Phase Boundaries"Phys.Stat.Solidi B. 223. 47-58 (2001)
• [文献書誌] T.Saitoh: "Strontium-doped Lanthanum Manganese Oxides Studied by XPS"Surface Science Spectra. 6. 292-301 (1999)
• [文献書誌] T.Saitoh: "Strontium-doped Lanthanum Cobalt Oxides Studied by XPS"Surface Science Spectra. 6. 302-312 (1999)
• [文献書誌] N.Hayashi: "Epitaxial Growth and Transport Properties of SrFeO_3 thin Film"Proceedings of the ICF 8 (The 8Th International Conference on Ferrite). (掲載予定).
• [文献書誌] K.Kuzushita: "Charge Disproportionation and Antiferromagnetic Order of Sr_3Fe_2O_7"J.Phys.Soc.Jpn. 69. 2767-2770 (2000)
• [文献書誌] S.Nasu: "Pressure Induced Ferromagnetism of SrFeO_3"Science and Technology of High Pressure,Proceeding of AIRAPT-17. 763-766 (2000)
• [文献書誌] S.Nasu: "High-Pressure Mossbauer Spectroscopy Using Synchrotron Radiation and Radioactive Sources"Hyperfine Int. 128. 101-113 (2000)
• [文献書誌] S.Nasu: "High-pressure Muossbauer Study Using a Diamond Anvil Cell"RIKEN Review. 27. 67-71 (2000)
• [文献書誌] M.Seto: "Local Vibrational Densities of States of Dilute Fe atoms in Al and Cu Metals"Phys.Rev.B. 61. 11420-11424 (2000)
• [文献書誌] N.Tsuda: "Electronic Conduction in Oxides"Springer-Verlag. 365 (2000)
• [文献書誌] 安岡弘志: "実験物理学講座7 磁気測定II 共鳴型磁気測定"丸善. 272 (2000)