多自由度相関系の強磁場電子物性とX線分光

多自由度相关系统的高场电子特性和X射线光谱

基本信息

批准号：
20030001
负责人：
石原純夫
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

[1]多自由度相関系におけるスピン分極軌道状態:ペロフスカイト型チタン酸化物RTio3(R=La,Y等)では、ホール・ドーピングによる金属絶縁体転移や相境界近傍の異常金属状態に多くの興味がもたれている。特にスピンが分極した状態の軌道状態については、軌道自由度がもつ高い対称性のために新規な軌道状態が期待されている。我々は強磁場下や強磁性状態においてスピンが完全に分極したt_^<2g>軌道模型について、量子モンテカルロ法を用いた数値計算を行うことで有限温度の軌道状態について解析を行った。感受率の温度変化や軌道一重項相関関数の解析から、低温でギャップを持った軌道状態が実現している可能性を指摘した。[2]スピン自由度を有する強相関系におけるスピン転移と相分離:ペロフスカイト型コバルト酸化物R_<1-x>A_xCo0_3はそのコバルトイオンにおいてスピン状態の自由度とそれらの間の転移を示す物質として多くの実験、理論研究がなされている。Co^<3+>では(t_<2g>)^6の低スピン状態(LS)、(t_<2g>)^5(e_g)^1の中間スピン状態(IS)ならびに(t_<2g>)^4(e_g)^2の高スピン状態(HS)の3つのスピン状態を取ることが可能である。La_<1-x>Sr_xCo0_3のx=0の低温ではLS状態が、x>0.25でHS強磁性金属状態が実現する。その中間のキャリアー濃度でスピングラスや相分離状態が小角中性子散乱やNMR等により見出されている。我々は多軌道ハバード模型におけるスピン転移と相分離について理論的に解析を行った。変分モンテカルロ法を用いた解析の結果、x=0でLSバンド絶縁体が実現するパラメータ領域においてキャリアーを導入すると、高ホール濃度領域でHS強磁性状態が実現すること、またその中間領域で相分離状態のエネルギーが一様状態のそれより低くなることを見出した。また磁化のキャリアー濃度依存性が単純なrigidバンド模型から予想されるそれより顕著であることが明らかとなり、これは実験結果とコンシステントであることが見出された。この相分離はLSバンド絶縁体とHS強磁性金属との共存状態であり、AバンドとBバンドのバンド幅が異なることに起因する。このような状態に磁場を印加することでスピン自由度間相分離を起こすホール濃度領域が減少することを見出した。

[1] 多自由度关联系统中的自旋极化轨道状态：在钙钛矿氧化钛RTio3（R=La、Y等）中，由于空穴掺杂和异常，金属-绝缘体转变引起了人们的极大兴趣相界附近的金属态是倾斜的。特别是，由于轨道自由度的高度对称性，预计会出现新的轨道态，特别是自旋极化轨道态。我们通过量子蒙特卡罗方法对强磁场或铁磁态下自旋完全极化的t_^<2g>轨道模型进行数值计算，分析了有限温度下的轨道状态。通过对磁化率温度变化和轨道单重态相关函数的分析，我们指出了在低温下实现带隙轨道态的可能性。 [2] 与自旋自由度强相关的系统中的自旋跃迁和相分离：钙钛矿氧化钴R_<1-x>A_xCo0_3是一种在其钴离子中表现出自旋态自由度及其之间跃迁的材料。并进行了理论研究。对于 Co^<3+>，(t_<2g>)^6 的低自旋态 (LS)、(t_<2g>)^5(e_g)^1 的中间自旋态 (IS) 和 (t_< 2g>) 可以有三种自旋态，包括^4(e_g)^2的高自旋态(HS)。 La_<1-x>Sr_xCo0_3在x=0的低温下实现LS态，在x>0.25时实现HS铁磁金属态。在中等载流子浓度下，通过小角中子散射、核磁共振等发现了自旋玻璃和相分离态。我们从理论上分析了多轨道哈伯德模型中的自旋跃迁和相分离。通过变分蒙特卡罗方法分析，我们发现，当载流子引入到LS带绝缘体在x=0时实现的参数区域时，在高空穴浓度区域实现了HS铁磁态，并且我们发现分离态的能量低于均匀态的能量。还发现磁化强度对载流子浓度的依赖性比简单刚性带模型预期的更加明显，并且这与实验结果一致。这种相分离是LS带绝缘体和HS铁磁金属的共存状态，并且是由A带和B带的带宽差异引起的。我们发现，通过在这种状态下施加磁场，自旋自由度之间发生相分离的空穴集中区域会减少。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

電荷秩序による電気分極と電気磁気効果-新規な誘電体層状鉄酸化物-

电荷排序引起的电极化和电磁效应 - 新型介电层状氧化铁 -

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
日本物理学会誌 64
影响因子：
0
作者：
石原純夫;那須譲治
通讯作者：
那須譲治

Spin state transition and phase separation in a multiorbital Hubbard model

多轨道哈伯德模型中的自旋态转变和相分离

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
Phys. Rev. B
影响因子：
0
作者：
R. Suzuki;T. Watanabe and S. Ishihara
通讯作者：
T. Watanabe and S. Ishihara

Magneto-dielectric phenomena in charge and spin frustrated system of Iayered iron oxide

层状氧化铁的电荷和自旋受挫体系中的磁介电现象

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
Phys. Rev. B 77
影响因子：
0
作者：
Takahiro Morimoto;Yasuhiro Hatsugai;Hideo Aoki;K.Okunishi;M. Naka
通讯作者：
M. Naka

Polarization Dependence of Resonant Inelastic Scattering Spectroscopy in Correlated Electron Systems

相关电子系统中共振非弹性散射光谱的偏振依赖性

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
Jour. Phys. Chem. Sol 69
影响因子：
0
作者：
宇沢弘文;細田裕子編;室田武;Kenji Ohoyama;室田武;Eiichi Matsuoka;岡部明子(広井良典編);間宮陽介翻訳;Takahiro Onimaru;間宮陽介翻訳;S. Ishihara
通讯作者：
S. Ishihara

Numerical study of t_<2g> orbital system with ferromagnetic polarization

铁磁极化t_<2g>轨道系统的数值研究