| 研究概要 |
強相関電子系物質として特徴づけられる遷移金属酸化物は、固体内の電子が持つ内部自由度である電荷、スピン及び軌道間の強い相互作用に起因した超伝導特性や金属-絶縁体転移、巨大磁気抵抗効果、電荷秩序構造など種々の特異な物理的特性を示す。現在我々は、このような多種多様な物理的特性を示す遷移金属酸化物の典型的物質でるペロブスカイト型マンガン酸化物やスピネル構造を持つバナジウム酸化物に着目し、電荷/軌道秩序構造の形成を伴う金属-絶縁体転移や巨大磁気抵抗効果とナノ構造との相関を、主に原子レベルでの空間分解能を持つ透過型電子顕微鏡法を用いて研究を進めている。以下に今年度の主な研究成果を示す。
(1)ペロブスカイト型マンガン酸化物のひとつであるNd_<0.5>Sr_<0.5>MnO_3が示す約150K近傍での金属-絶縁体転移と電荷/軌道秩序構造の形成過程との相関について調べた。その結果、150K以下の低温領域では、電荷/軌道秩序状態は,100nm以上の相関距離を持つ長距離秩序状態として存在しており、結晶構造(斜方晶構造)のa軸方向に2倍周期を持つ長周期構造を形成していることがわかった。さらに、温度上昇に伴う絶縁体-金属転移に伴う電荷/軌道秩序構造の崩壊過程を調べた結果、高温相である金属状態の領域が、電荷/軌道秩序状態内に存在する反位相境界から核生成し、それと同時に、電荷/軌道秩序状態がマイクロ分域化し、金属状態が成長するという、相転移に伴うナノ構造の動的な変化の過程が初めて明らかにされた。
(2)スピネル構造を有するバナジウム酸化物AlV_2O_4において、約700Kで電荷秩序構造の形成を伴う金属-絶縁体転移の存在を見いだした。X線回折法及び高分解能電子顕微鏡法により、電荷秩序構造は[111]方向に2倍周期を持つ秩序構造であり、価数分離したV^<2+>とV^<4+>が3対1の比率で秩序化していることが明らかとなった。
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