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結晶PDF解析法でみたスピネル化合物LiMn$$_2$$O$$_4$$の局所構造歪み

Local lattice distortion in LiMn$$_2$$O$$_4$$ observed by PDF analysis

樹神 克明; 井川 直樹; 社本 真一; 池田 一貴*; 大下 英敏*; 金子 直勝*; 大友 季哉*; 鈴谷 賢太郎

Kodama, Katsuaki; Igawa, Naoki; Shamoto, Shinichi; Ikeda, Kazutaka*; Oshita, Hidetoshi*; Kaneko, Naokatsu*; Otomo, Toshiya*; Suzuya, Kentaro

スピネル構造を持つLiMn$$_2$$O$$_4$$は約260Kで立方晶から斜方晶への構造相転移を示す。高温立方晶ではすべてのMnサイトは結晶学的に等価でその価数は+3.5であるが、低温斜方晶では複数の非等価な+3価と+4価のサイトが存在する。このことからこの構造相転移はMn価電子の電荷秩序に伴うものとみることができるが、電気伝導は構造相転移の上下でともに絶縁体的である。そこで高温立方晶での絶縁体的な電気伝導の起源を知る目的で、J-PARCに設置されている高強度汎用全散乱装置NOVAにおいて$$^7$$LiMn$$_2$$O$$_4$$の粉末回折実験を行い、そのデータを原子対相関関数(PDF)に変換して局所構造解析を行った。その結果300Kで得られたPDFは高温立方晶の構造ではあまりよく再現できず、低温斜方晶構造でよく再現できることがわかった。この結果は300Kにおいても低温斜方晶と同様な局所構造歪みが短距離相関を持ちながら存在し+3価と+4価のMnサイトが存在するために、絶縁体的な電気伝導が実現している可能性を示唆するものである。

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