遷移金属酸化物の電荷整列の中性子散乱による研究

过渡金属氧化物中电荷排列的中子散射研究

基本信息

批准号：
00J07670
负责人：
梶本亮一
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Ochanomizu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J07670/
关键词：
ペロブスカイト型Mn酸化物軌道秩序中性子散乱

项目摘要

立方ペロブスカイト型Mn酸化物R_<1-x>A_xMnO_3(R:3価の陽イオン,A:2価の陽イオン)はホール濃度xによってA型反強磁性→強磁性→CE型反強磁性→A型反強磁性→C型反強磁性→G型反強磁性と様々な磁気構造を示すが,これは二重交換相互作用,電荷秩序,およびe_g軌道の軌道秩序の相互作用によってもたらされていると考えられている。今回の研究では強磁性絶縁体相およびC型反強磁性相における電荷・軌道秩序について中性子散乱によって調べた。1.強磁性絶縁体Pr_<0.75>Ca_<0.25>MnO_3x=0.2〜0.4で強磁性金属相が出現するが,ここでは軌道秩序は消失し,二重交換相互作用が支配的であると考えられる。しかし,より低ドープ領域では強磁性絶縁体相が出現し,この相の存在は二重交換相互作用のみでは説明できない。強磁性絶縁体Pr_<0.75>Ca_<0.25>MnO_3における研究の結果,この相ではx=0に比べてJahn-Teller効果が弱まってはいるが,x=0と同様の軌道秩序(d_<3x>2_<-r>2/d_<3y>2_<-r>2)が依然として存在していることが示唆された。この軌道秩序が強磁性絶縁体の起源ではないかと考えられる。2.C型反強磁性体Nd_<0.25>Sr_<0.75>MnO_3x〜0.75で出現するC型反強磁性相はスピンがc軸方向に強磁性的,ab面内に反強磁性的に配列した鎖状反強磁性秩序相であるが,この磁気構造はd_<3z>2_<-r>2軌道の一次元的軌道秩序によるものと考えられている。この軌道秩序が存在すればスピン間の交換相互作用に大きな異方性をもたらすと予想される。そこでC型反強磁性体Nd_<0.25>Sr_<0.75>MnO_3のスピン波励起を測定し,分散関係から交換相互作用を求めたところ,c軸方向の交換相互作用J_cはab面内のそれJ_<ab>に比べて1.9倍程度であるという大きな異方性が確認された。この結果はd_<3y>2_<-r>2軌道秩序を強く示唆する。さらに興味深いことに,この系は絶縁体であるにも拘らずJ_cの値2J_c〜13meVは強磁性金属相の値と同程度の比較的大きな値であり,局所的にはe_g電子がホッピングしていることを示唆している。

立方钙钛矿型Mn氧化物R_<1-x>A_xMnO_3（R：三价阳离子，A：二价阳离子）由A型反铁磁性→铁磁性→CE型反铁磁性→取决于空穴浓度x A型反强变化它表现出多种磁性结构，例如磁性→C型反铁磁性→G型反铁磁性，这被认为是由e_g轨道的双交换相互作用、电荷顺序和轨道顺序的相互作用引起的。在这项研究中，我们通过中子散射研究了铁磁绝缘体相和 C 型反铁磁相中的电荷和轨道顺序。 1.铁磁绝缘体Pr_<0.75>Ca_<0.25>MnO_3x=0.2~0.4中出现铁磁金属相，但轨道序消失，认为双交换相互作用占主导地位。然而，在较低掺杂区，出现了铁磁绝缘体相，并且该相的存在不能仅用双交换相互作用来解释。对铁磁绝缘体 Pr_<0.75>Ca_<0.25>MnO_3 的研究结果表明，与 x=0 相比，该相的 Jahn-Teller 效应减弱，但轨道序数 (d_<3x >2_<-r>2 /d_<3y>2_<-r>2) 仍然存在。这种轨道顺序被认为是铁磁绝缘体的起源。 2、C型反铁磁材料Nd_<0.25>Sr_<0.75>MnO_3x~0.75中出现的C型反铁磁相，虽然是链状，但其自旋在c轴方向呈铁磁性排列，在a-b平面呈反铁磁性排列。类似反铁磁有序相，这种磁性结构被认为是由于 d_<3z>2_<-r>2 轨道的一维轨道顺序造成的。如果这种轨道顺序存在，预计会在自旋之间的交换相互作用中带来很大的各向异性。因此，我们测量了C型反铁磁材料Nd_<0.25>Sr_<0.75>MnO_3的自旋波激发，并从色散关系中发现了交换相互作用。我们发现c轴方向的交换相互作用J_c与在ab平面J_上，确认了<ab>的约1.9倍的大的各向异性。该结果强烈表明 d_<3y>2_<-r>2 轨道顺序。更有趣的是，尽管该系统是绝缘体，但 2J_c 至 13meV 的 J_c 值是一个相对较大的值，与铁磁金属相的 J_c 值相当，并且局部电子跳跃表明存在。