極低温電顕法による電荷·軌道整列状態の層状ペロブスカイト型マンガン酸化物の超構造解析

摘要

空間分解能が高い透過型電子顕微鏡を用いて，単層層状ペロブスカイト型マンガン酸化物RE_（0.5）（Ca_（1-y)Sr_y）_(1.5)MnO_4の電荷·軌道整列状態で発現する超構造を系統的に解析した．結論として，この系の電荷·軌道整列相に伴う超構造が，Aサイトの平均イオン半径およびイオン半径の分散量に強く関連していることが明らかになった．Aサイトの平均イオン半径が小さい場合（Srの濃度yが0.3より小さいとき），基本格子と2倍周期で整合し，かつ長距離的な（ドメインサイズがμmオーダーと比較的大きい）超構造が形成される．Aサイトの平均イオン半径の増加に伴って，この長距離的な超構造が崩れていく．同時に，超構造の波数が整合から不整合に変わる．一方，Aサイトの平均イオン半径を一定にした場合には，Aサイトのイオン半径の分散量が増えることによって,系全体の無秩序が拡散し，長距離的な超構造が短距離的に変わる．超格子反射の温度依存性の解析によって，電荷·軌道整列の相転移温度がAサイトの平均イオン半径およびイオン半径の分散量の増加に伴って減少することも判明した．この結果はAサイトの平均イオン半径およびイオン半径の分散量が大きい場合，電荷·軌道整列相が形成されにくいことを示している．以上の結果は単層層状ペロブスカイト型構造をもつマンガン酸化物の物性制御手法に関する重要な指針になると期待される．本研究は科学技術研究機構·ERATO·十倉スピン超構造プロジェクトの金子良夫博士，Roland Matheu博士，何金洋氏との共同研究の成果である．また，有益な助言をいただいた内田正哉博上,長井拓郎博土,横澤忠洋博士，鶴田忠正氏に深く感謝いたします．本研究は文部科学省「ナノテクノロジー総合支援プロジェクト」のサポートによりなされたことを付記する．