時間分解型電子カウンターの製作と遷移金属酸化物での電荷秩序構造の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14654061
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 森 茂生 大阪府立大学, 総合科学部, 助教授 (20251613)
• キーワード: 遷移金属酸化物 / 強相関電子系物質 / マンガン酸化物 / 電荷秩序構造 / 巨大磁気抵抗効果 / 金属-絶縁体転移 / 電子回折 / ローレンツ顕微鏡

研究概要

強相関電子系物質であ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、軌道、スピンに加えて、格子系との強い相互作用により、超伝導特性や金属-絶縁体転移、巨大磁気抵抗効果、電荷・軌道秩序構造などの種々の特異な物理的特性を示す。最近、マンガン酸化物で見出された電子の局在性に起因した電荷秩序構造と電子の遍歴性に起因した強磁性金属状態の共存状態(相分離状態)が見出され、巨大磁気抵抗効果や金属-絶縁体転移と強く相関していることが明らかになってきている。本研究では、時間分解型電子カウンターの製作を行うとともに、マンガン酸化物での電荷・軌道秩序構造に関するナノ構造について主に透過型電子顕微鏡を用いて研究を行った。以下今回行った研究で得られた主な研究成果を示す。
(1)マンガン酸化物のMnサイトの一部をCrイオンで置換することによって得られるNd_<0.5>Ca_<0.5>Mn_<1-y>Cr_yO_3において、MnサイトをCrイオンで2%置換することにより絶縁体-金属転移が誘発されることを見い出した。また、ローレンツ電子顕微鏡観察を行うことにより数十nmサイズの強磁性領域と電荷・秩序構造が共存する電子相分離状態の直接観祭に成功し、電子相分離の実態をはじめて実空間像として示した。
(2)(La_<5/8-x>Pr_x)Ca_<3/8>MnO_3での相分離状態における強磁性磁区構造観察を行い、ミクロンサイズで強磁性金属状態と電荷秩序構造が共存していることを明らかにした。また、Pr組成がx=0.375試料において、強磁性金属状態にはブロッホ型の強磁性磁壁を持つ180°磁区構造と数百ナノメートルサイズのストライプ状の磁区構造が存在することを見出した。さらに、磁区構造の温度変化を調べた結果、強磁性転移温度(Tc=100K)より高温において20-30nmサイズの大きさから成る強磁性ナノ分域が存在し、電荷秩序構造と強磁性金属状態がナノメートルサイズで共存している(電子相分離)ことが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] S.Mori et al.: "Charge ordered state in the impurity-doped manganites"J.Phys.Soc.Jpn.. 71. 1280-1283 (2002)
• [文献書誌] 森 茂生: "マンガン酸化物の電荷・軌道秩序構造と相分離状態"電子顕微鏡. 37. 56-59 (2002)
• [文献書誌] S.Mori, T.Asaka, Y.Matsui: "Observation of magnetic domain structure in phase-separated manganites by Lorentz electron microscopy"J. of Electron Microscopy 51, (2002). 51. 225-229 (2002)
• [文献書誌] A.Machida et al.: "Microscopic charge separation in Tb_<1-x>Ca_xMnO_3 (x〜1)"J.Phys.Soc.Jpn.. 71. 27-31 (2002)
• [文献書誌] N.Ikeda, R.Mori, S.Mori, K.Kohn: "Structure transition and charge competition on YFe_2O_4" Ferroelectrics"Ferroelectrics. (印刷中).
• [文献書誌] S.Mori et al.: "Microscopic phaee separation and ferromagnetic microdomains in Cr-doped Nd_<0.5>Ca_<0.5>MnO_3"Physical Review B. 67. 12403-1-12403-3 (2003)