强磁性を保ったまま金属から絶縁体に相転移するしくみを解明 电子のスピンが関らないパイエルス転移
2009年、东京大学物性研究所の上田寛教授らは、ホランダイト型酸化物碍2颁谤8翱16が强磁性を保ったまま金属から絶縁体に相転移することを発见しました。强磁性金属から强磁性絶縁体への転移はこれまで観测例がなく、その転移の起源や仕组みは谜でした。
物质が强磁性を示すには、物质内の电子スピンの向きがそろうことが必要です。また电子スピンの向きをそろえる相互作用は、电子が自由に动く金属性という性质と密接な関係があることが知られています。そのため、电子が自由に原子间を飞び移れない絶縁体の状态になっても强磁性が保たれる理由が分からなかったのです。
今回、上田教授らは、碍2颁谤8翱16结晶の格子构造が、低温でゆがみ、电子の动きが制限されて絶縁体に相転移することを突き止めました。さらに、スピンの向きが保たれたままである仕组みも解明しました。
観测された格子のゆがみは、4本の颁谤－翱－颁谤锁よりなる一次元格子において、颁谤－翱距离が交互に短、长となるもので（格子の2量体化）、よく知られたパイエルス転移の特徴を持っていました。通常、パイエルス転移では、格子のゆがみによって原子がペアを作ると、电子の新たな轨道が形成され、2つの电子がスピンの向きを反対にしてその轨道を占め、磁性を持たない状态となります。ところが、碍2颁谤8翱16の场合は、4つのクロム原子（クロム四量体）がひとつの电子を共有して弱く闭じ込めているため、スピンの向きが揃った状态（强磁性）が保たれていました。
この相転移のしくみは、高エネルギー加速器研究机构（碍贰碍）グループとのフォトンファクトリーを用いた精密な结晶构造観察と、それに基づく千叶大学グループとの理论计算によって明らかになりました。これは、スピンが関らないパイエルス転移という未知の现象を、実験と理论の両面から解明した世界で初めての成果です。
（広報室 南崎 梓，ユアン?マッカイ）
论文情报
T. Toriyama, A. Nakao, Y. Yamaki, H. Nakao, Y. Murakami, K. Hasegawa, M. Isobe, Y. Ueda, A. V. Ushakov, D. I. Khomskii, S. V. Streltsov, T. Konishi, Y. Ohta
“Peierls Mechanism of the Metal-Insulator Transition in Ferromagnetic Hollandite”
Phys. Rev. Lett. 107(26) (2011) [5 pages], doi:10.1103/PhysRevLett.107.266402
