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ペロブスカイト関連構造を有するマンガン酸化物の物性研究、特に超巨大磁気抵抗(colossal magnetoresistance : CMR)効果とその発現機構に関する研究が近年盛んである。ここ数年の精力的な研究によって同物質系におけるCMR効果に従来から言われてきた強磁性金属状態を導く二重交換相互作用だけでなく、転移点近傍における伝導電子の電荷及び軌道の動的あるいは短距離の秩序が重要であるとの認識がなされるようになった。本研究では、通常の回折実験では測定が困難な動的あるいは短距離秩序的の軌道秩序を光学的手法(光反射・吸収、ラマン散乱測定)によって検出し、その実空間秩序パターンと電子構造への影響を考察するとともに、CMR機構に関連してその磁場効果を明らかにすることを目的とした。
本研究において、軌道の方向性秩序に起因する電子構造の異方性の測定を可能とする種々のペロブスカイト型マンガン酸化物単結晶の非双晶化に育成に成功した。これらの良質結晶における光学伝導度スペクトルの測定から、擬立方晶の結晶構造であるにもかかわらず、電子構造には軌道秩序の型を反映した大きな異方性が現れることが明らかになった。CMRの発現機構の解明という観点からは、X線散漫散乱及びラマン散乱測定によって、異方的な形状をした電子軌道がいわゆる「液晶」のように方向性秩序を保ったまま長距離相関が失われた状態「軌道液晶」から磁場によって等方的電子液体へと相転移することこそCMR効果の本質であることを明らかにした。さらにCMR物質の母物質であるLaMnO_3のラマン散乱スペクトルの詳細な測定(偏光・温度依存性)を行い、軌道秩序を持つ固体中における新しい励起「軌道波(orbital waveまたはorbiton)」を初めて観測することに成功した。

【研究分担者】
田口康二郎	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)
木村剛	東京大学	大学院・工学系研究科	講師	(Kakenデータベース)