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Antiferromagnetic bipolar semiconductor LaMnPO with ZrCuSiAs-type structure

ZrCuSiAs型構造を持つ反強磁性バイポーラ半導体LaMnPO

柳 博*; 渡辺 匠*; 樹神 克明; 飯久保 智*; 社本 真一; 神谷 利夫*; 平野 正浩*; 細野 秀雄*

Yanagi, Hiroshi*; Watanabe, Takumi*; Kodama, Katsuaki; Iikubo, Satoshi*; Shamoto, Shinichi; Kamiya, Toshio*; Hirano, Masahiro*; Hosono, Hideo*

最近発見された超伝導体LaMnAs(P)Oと同じ構造を持つ、層状物質LaMnPOの電気的,磁気的性質を調べた。中性子回折実験と磁化率の温度依存性から、この物質は少なくとも375Kまでは反強磁性体であることがわかった。室温でのMn磁気モーメントは2.26$$mu_B$$で、Mn-P面内では反平行、面間では平行であり、LaMnAsOとは異なる。光学測定,光電子分光,電気抵抗測定の結果はこの物質が半導体であることを示す。さらにドープされていない場合はn型半導体であるが、LaサイトのCu, Ca置換によって極性が変わり、バイポーラ型半導体であることがわかった。バンド計算の結果も実験結果をサポートしている。

Electronic and magnetic properties of a layered compound LaMnPO are examined in relation to a newly discovered iso-structural superconductor LaFeAs(P)O. Neutron diffraction measurements, together with temperature dependent magnetic susceptibility, clarify that LaMnPO is an antiferromagnet at least up to 375 K. The spin moment of a Mn ion is determined to be 2.26 $$mu_{B}$$ at room temperature, and the spin configuration is antiparallel in the Mn-P plane and parallel to between the Mn-P planes, which is rather different from that of LaFeAsO. Optical absorption spectra, photoemission spectra, and temperature dependent electrical conductivity indicate that LaMnPO is a semiconductor. Furthermore, nominally undoped LaMnPO exhibits $$n$$-type conduction while the conduction type is changed by doping of Cu or Ca to the La sites, indicating that LaMnPO is a bipolar conductor. Density functional calculation using the GGA+U approximation supports the above conclusions; the electronic band structure has an open band gap and the antiferromagnetic spin configuration is more stable than the ferromagnetic one.

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分野:Physics, Applied

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