発表者

多久　昌次郎（清水研）

指導教官

加賀山　朋子

Title

Evidence of pressure-induced orbital transition in a layered manganite

Abstract

　　In transition metal compounds, the d-electrons interact strongly correlated each other in the solid. The three internal degrees of freedom of electrons, charge, spin, and orbital, are complicatedly intertwined each other in the crystal and show unique properties. Some examples are high-Tc superconductors and the giant magnetoresistance effect.
The layered perovskite manganite La_1.04Sr_1.96Mn₂O₇ shows antiferromagnetic(AFM) and nonmetallic behavior at ambient pressure. It becomes a ferromagnetic(FM) metal at about 1 GPa. It was not possible to explain the magnetic structure by only considering the degrees of freedom of charge and spin, and the importance of orbital degree of freedom came to be emphasized. Subsequently, the information about the orbital state was obtained by using the MEM/Rietveld method that was able to analyze not only the atomic arrangement but also the bonding electron density precisely. The authors succeeded in the direct observation of the orbital transition　from the two-dimensional dx²-y² state to a three-dimensionally fluctuating state　accompanied by a AFM-FM transition. This means the orbital state significantly influences the magnetic properties. It is thought that this method is a powerful tool for understanding of properties caused by the orbital ordering.

概要

　遷移金属化合物では、固体中にd−電子が互いに強い相互作用を及ぼしあいながら存在している。電子の持つ電荷、スピン、軌道という3つの内部自由度が結晶の中で複雑に絡み合い、非常に興味深い物性を見せる。その例が高温超伝導や巨大磁気抵抗効果である。
今回取り上げる層状ぺロブスカイト型マンガン酸化物La_1.04Sr_1.96Mn₂O₇は常圧下では反強磁性で非金属的な伝導を示す。1GPa程度の圧力を印加すると、強磁性金属状態へと転移する。磁気構造が調べられたが、電荷やスピンの自由度だけでは実験結果を説明できず、軌道の自由度の重要性が取り上げられるようになった。そこで原子配列だけでなく結合電子密度まで精密に解析できるMEM/Rietveld 法を用いて軌道状態の情報が得られた。著者らはそれにより反強磁性ー強磁性転移にともない、２次元のdx²-y²状態から３次元揺らぎ状態への軌道状態の変化を直接観測することに成功した。これは、軌道状態が磁性に多大な影響を及ぼしていることを意味する。よってこの方法は軌道秩序が物性に大きく寄与する系の理解においておおいに役立つと考えられている。

Reference

K. kato et al., Phys. Rev. B 71, 012404 (2005)