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Spin state of Co$$^{3+} $$ in LaCo$$_{1-x}$$ Rh$$_{x}$$O$$_{3}$$ investigated by structural phenomena

結晶構造解析によるLaCo$$_{1-x}$$Rh$$_{x}$$O$$_{3}$$におけるCo$$^{3+}$$のスピン状態の解明

浅井 晋一郎*; 岡崎 竜二*; 寺崎 一郎*; 安井 幸夫*; 小林 航*; 中尾 朗子*; 小林 賢介*; 熊井 玲児*; 中尾 裕則*; 村上 洋一*; 井川 直樹; 星川 晃範*; 石垣 徹*; Parkkima, O.*; Karppinen, M.*; 山内 尚雄*

Asai, Shinichiro*; Okazaki, Ryuji*; Terasaki, Ichiro*; Yasui, Yukio*; Kobayashi, Wataru*; Nakao, Akiko*; Kobayashi, Kensuke*; Kumai, Reiji*; Nakao, Hironori*; Murakami, Yoichi*; Igawa, Naoki; Hoshikawa, Akinori*; Ishigaki, Toru*; Parkkima, O.*; Karppinen, M.*; Yamauchi, Hisao*

LaCo$$_{1-x}$$ Rh$$_{x}$$O$$_{3}$$について中性子および放射光X線回折実験を行い、Co$$^{3+}$$イオンのスピン状態と結晶構造との関連を調べた。10KにおけるLaCo$$_{0.8}$$Rh$$_{0.2}$$O$$_{3}$$では、Co(Rh)O$$_{6}$$八面体のCo(Rh)-O間距離は理論値と一致し、格子体積は温度低下によって減少した。また、この格子体積の減少に伴って高スピン状態の比率は減少した。これらの結果から、Co$$^{3+}$$イオンのスピン状態は高スピン状態と低スピン状態が混在したものであり、高スピン状態は、Rh$$^{3+}$$イオンの置換によって生じたピン止め効果に加え熱励起によって発現することがわかった。

Neutron and synchrotron X-ray diffraction for LaCo$$_{1-x}$$ Rh$$_{x}$$O$$_{3}$$ have been carried out in order to investigate the structural properties related with the spin state of Co$$^{3+}$$ ions. We have found that the values of the Co(Rh)-O bond lengths in the Co(Rh)O$$_{6}$$ octahedron of LaCo$$_{0.8}$$Rh$$_{0.2}$$O$$_{3}$$ are nearly identical at 10 K. The lattice volume for the Rh$$^{3+}$$ substituted samples decreases with the thermal expansion coefficient similar to that of LaCoO$$_{3}$$ from room temperature, and ceases to decrease around 70 K. These experimental results favor a mixed state consisting of the high-spin state and low-spin state Co$$^{3+}$$ ions, and suggest that the high-spin state Co$$^{3+}$$ ions are thermally excited in addition to those pinned by the substituted Rh$$^{3+}$$ ions.

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分野:Physics, Multidisciplinary

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