放射光・中性子・電子線を用いた軌道自由度観測技術の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12304019
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 村上 洋一 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60190899)
• 研究分担者: 松村 武 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (00312546) ; 中尾 裕則 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70321536) ; 廣田 和馬 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90272012) ; 石原 純夫 東京大学, 工学系研究科, 講師 (30292262) ; 有馬 孝尚 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (90232066)
• キーワード: 軌道秩序 / 軌道秩序 / 四重極秩序 / 遷移金属酸化物 / 希土類化合物 / 共鳴X線散乱 / 磁気コンプトン散乱 / 軌道揺らぎ

研究概要

本研究組織は5つの研究グループに分かれている。以下、それぞれの今年度の研究成果について述べる。
1. 結晶作成・基礎物性測定グループ
遷移金属酸化物、希土類化合物の単結晶育成の大型化と純良化を行い、下記のグループに試料の提供を行った。
2. 放射光実験グループ
Y1-xCaxTi03のMI転移を共鳴X線散乱法による観測した。
巨大磁気抵抗を示す擬立方晶マンガン酸化物の軌道・電荷整列の磁場効果を共鳴散乱法で観察した。
DyB2C2の四重極子秩序に関連して、Dyを非磁性のYで30%希釈したDyO. 7YO. 3B2C2について共鳴X線散乱を行い、Dyの四重極子秩序と磁気秩序の観測に成功した。
立方晶のDyB6の実験は無数のドメインが出現したため,失敗に終わった。
分子軌道計算をもとに理論的プロファイルを求め、磁気コンプトンプロファイルの異方性の解析を行った。
7T-超伝導マグネットを高分解能コンプトンスペクトロメーターに設置し、その再立ち上げを行った。
La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7(x=0.3)の単結晶試料において、磁気コンプトン散乱の異方性を測定した。
実験装置開発として、極低温クライオスタットと低温高圧実験装置の開発を行った。
3. 中性子散乱グループ
強磁性を示す層状マンガン酸化物の軌道状態を、偏極中性子散乱と粉末中性子散乱とMEMで解析した。
4. 電子線回折グループ
多波動力学回折理論による回折強度計算の高速化のためlinux-alphaワークステーションを購入し、これに対応して解析ソフトウェアの改良を行い、解析の適用範囲を広げた。
収束電子回折法によるLaCr03の3次元的電子密度分布解析を行い、解析法を確立した。
収束電子回折法によりLaMn03軌道整列相の電子密度分布解析を行い、Mn3+イオンのeg電子の軌道整列に直接対応する電子密度分布の異方性を検出することに成功した。
5. 理論研究グループ
層状マンガン酸化物におけるスピン波の中性子散乱実験を解析することで、軌道状態の系統的な変化を明らかにし、これを説明するために量子軌道液体状態を提唱した。
共鳴X線散乱の一般式をペロフスカイト型チタン酸化物に適用し、実験結果の解析を行うことで軌道秩序の型に関する知見を得た。

研究成果

• [文献書誌] K.Ohwada et al.: ""Devil's Staircase"-Type Phase Transition in NaV_2O_5 under High Pressure"Phys. Rev. Lett. 87. 086402:1-086402:4 (2001)
• [文献書誌] M.v.Zimmerrnann et al.: "X-ray resonant scattering studies of orbital and charge ordering in Pr_<1-x>CaxMnO_3"Phys. Rev. B. 64. 195133:1-195133:17 (2001)
• [文献書誌] J.P.Hill et al.: "Orbital correlations in doped manganites"Appl. Phys. A. 73. 723-730 (2001)
• [文献書誌] T.Matsumura et al.: "Observation of the antiferroquadrupolar order in DyB2C2 by resonant x-ray scattering"Physical Review B. (2002)
• [文献書誌] 松村 武: "共鳴X線散乱によるDyB2C2における反強的四重極子秩序の観測"放射光. 15巻・1号. 3-11 (2002)
• [文献書誌] A.Koizumi et al.: "Study of the eg Orbitals in the Bilayer Manganite La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7 by Using Magnetic Compton-Profile Measurement"Physical Review Letters. 86. 5589-5592 (2001)
• [文献書誌] 津田健治, 田中通義: "電子回折法による精密構造解析-電子密度分布決定に向けて-"固体物理. 10・6. 320-329 (2001)
• [文献書誌] K.Saitoh, K.Tsuda, M.Terauchi, M.Tanaka: "Distinction between the space groups having rotation and strew axes, which are combined with 2 fold rotation axes, using the coherent convergent-beam electron diffraction method"Acta Crystallographica. A57・3. 219-230 (2001)
• [文献書誌] T.Hahimoto, K.Tsuda, J.Shiono, J.Mizusaki, M.Tanaka: "Determination of the crystal. system and space group of BaBiO_3 by converge nt-beam electron diffraction and x-ray diffraction using synchrotron radiation"Physical Review B. 64・22. 224114-1-224114-6 (2001)
• [文献書誌] K.Omoto, K.Tsuda, M.Tanaka: "Simulations of Kikuchi patterns due to thermal diffuse scattering on MgO crys tals"J.Electron Microsc. 51・1(印刷中). (2002)
• [文献書誌] 小泉 昭久 他: "磁気コンプトン散乱によるLa_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7の軌道状態の研究"SPring-8 利用者情報. Vol6 No.5. 383-389 (2001)
• [文献書誌] Sumio Ishihara: "Theory of resonant x-ray scattering as a probe to detect the orbital orderins/excitations in CMR manganites"Jour. Mag. Mag. Mat. 233. 21-30 (2001)
• [文献書誌] Sumio Ishihara: "Magnetic Ordering, Orbital Ordering and Resonant X-ray Scattering in Perovskite Titanates"Phys. Rev. B. 65. 064442-1-064442-9 (2002)
• [文献書誌] Hiroshi Kondo: "Resonant Inelastic X-ray Scattering from Charge and Orbital Excitations in Manaanites"Phys. Rev. B. 64. 014414-1-014414-8 (2001)
• [文献書誌] Satoshi Okamoto: "Orbital Structure and Magnetic Ordering in Layered Manganites : Universal Correlation and Its Mechanism"Phys. Rev. B. 63. 104401-1-104401-6 (2001)
• [文献書誌] Sumio Ishihara: "Resonant X-ray Scattering in Manganites-Study of Orbital Degree of Freedom-"Rep. Prog. Phys(発表予定). (2002)
• [文献書誌] Kazuma Hirota: "Spin Dynamical Properties and Orbital States of the Layered Perovskite La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7 (0.3<x<0.5)"Phys. Rev. B. 65. 064414-1-064414-10 (2002)
• [文献書誌] Y.Wakabayashi et al.: "Orbital and Charge Ordering in La_<1-x>Sr_<1+x>MnO_4 (0.4<x<0. 5)"J. Phys. Soc. Jpn.. 70. 1194-1197 (2001)
• [文献書誌] M.v.Zimmermann et al.: "Resonant X-ray-scattering study of Octahedral Tilt Ordering in LaMnO_3 and Pr_<1-x>Ca_xMnO_3"Phys. Rev. B. 64. 064411:1-064411:9 (2001)
• [文献書誌] Hironori Nakao et al.: "Antiferro-Quadrupole Ordering of CeB_6 Studied by Resonant X-Ray Scattering"J. Phys. Soc. Jpn.. 70. 1857-1860 (2001)
• [文献書誌] M.v.Zimmermann et at.: "X-ray Resonant Scattering Studies of Charge and Orbital Ordering in Pr_<1-x>Ca_xMnO_3"J Magn. Magn. Mater. 233. 31-37 (2001)
• [文献書誌] Akihisa Koizumi et al.: "Study of the eg Orbitals in the Bilayer Manganite La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7 by Using Magnetic Compton-Profile Measurement"Phys. Rev. Left. 86. 5589-5592 (2001)
• [文献書誌] T.Inami et al.: "An Inelastic X-Ray Scattering Spectrometer for Materials Science on BLllXU at SPring-8"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 467-468. 1081-1083 (2001)
• [文献書誌] 廣田和馬, 村上洋一: "丸善実験物理学講座第5巻第5章 放射光-中性子-電子線による軌道秩序の観測"丸善. 378(36) (2000)