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東京大学大学院工学系研究科の藤岡 淳 助教、十倉 好紀 教授らの研究グループは、本来磁性を持たない物質として知られる強相関電子系LaCoO3を薄膜化して歪みをかけることで生じる自発磁化が、電子の持つスピン?軌道の整列現象に起因することを明らかにしました。

© Jun Fujioka, スピン?軌道秩序パターンの一例。矢印、ローブはそれぞれ電子のスピン、軌道を表す。実線はCoの結晶格子を表す。

电子同士が强く相互作用し合う强相関电子系と呼ばれる物质群においては、ナノメートルスケールの电子の自己组织化が広く観测されています。电子の集団的量子现象の身近な例として磁石で见られる磁化の発现が挙げられます。ミクロに见るとこれは电子の内部自由度であるスピンの整列现象(秩序化)として理解されています。物质の温度、电子のバンドの充填度やバンド幅を変えることでこの整列现象が生じることはよく知られていました。

今回、研究グループは上记の方法とは异なり、もともと磁性を持たない物质でも歪みをかけることで电子の持つ内部自由度であるスピン?轨道自由度の整列现象が生じて磁化が生じ得ることを明らかにしました。具体的には、物质を构成しているイオンのスピン状态がわずかな结晶歪みによって変化してスピンの整列现象が引き起こされていることを突き止めました。イオンの持つスピン状态を操ることで电子の内部自由度の整列现象を制御するという手法はこれまであまり认识されておらず、新规な量子现象の开拓やスピントロニクス机能性の开拓に大きく寄与することが期待されます。

本研究は、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の山崎 裕一 助教、中尾 裕則　准教授、熊井 玲児 教授、村上 洋一 教授らと共同で、最先端研究開発支援プログラム（FIRST）課題名「強相関量子科学」（中心研究者：十倉 好紀）の事業の一環として行われました。またこの成果は、2013年7月9日（米国東部時間）に米国科学誌「Physical Review Letters」のオンライン版（7月12日号）で公開されました。

论文情报

J. Fujioka, Y. Yamasaki, H. Nakao, R. Kumai, Y. Murakami, M. Nakamura, M. Kawasaki, and Y. Tokura,
“Spin-Orbital Superstructure in Strained Ferrimagnetic Perovskite Cobalt Oxide”,
Physical Review Letters Online Edition: 2013/7/9, doi: 10.1103/PhysRevLett.111.027206.

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