Electronic and local structures of Mn-doped BiFeO crystals

マンガンを添加したビスマスフェライトの電子構造と局所構造

米田 安宏   ; 北中 佑樹*; 野口 祐二*; 宮山 勝*

Yoneda, Yasuhiro; Kitanaka, Yuki*; Noguchi, Yuji*; Miyayama, Masaru*

今日の強誘電体材料においてマンガン添加はなくてはならない物質改善の手法である。しかし、その個々の物質の機能向上の機構は未だ十分にはわかっていない。そこで近年マルチフェロイック材料としても注目されているビスマスファライトを用いてマンガン添加による強誘電性機能向上のメカニズムを電子構造と局所構造の両面から調べた。特に添加したマンガンの価数がどうなっているかは、重要な問題で有りこれまで直接測定されたことはなかった。今回、われわれの測定によって強誘電性の向上が認められたビスマスフェライトに添加されたマンガンの価数は2価になっていることがわかった。これは予想を覆す結果であり、添加されたマンガンが2価となるためにはビスマスサイトからの電荷移動を考慮する必要がある。強誘電体であるビスマスフェライトに強相関的な振る舞いを見いだすことができた。

The electronic structure of complex oxides is important for understanding their functional properties. Here we report the results of investigating multiferroic BiFeO using various X-ray spectroscopy techniques. Zn- and Mn-codoped and Mn-doped BiFeO samples were prepared with the aim of improving ferroelectric properties of BiFeO. The valences of the doped Mn and host Fe were investigated. When oxygen vacancies exist in the sample, Mn acts as a hole acceptor. Furthermore, Mn and Fe stabilize the perovskite unit by changing their ionic radius. As a result, Mn and Fe atoms exhibit various valence states in the BiFeO system. Evidence of the electronic structure for Fe -O -Bi hybridization is also presented.