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スピネル化合物LiMn$$_2$$O$$_4$$における局所構造歪みとその温度依存性

Temperature development of local lattice distortion in spinel compound LiMn$$_2$$O$$_4$$

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; 星川 晃範*; 石垣 徹*

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

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、電気伝導は高温立方晶においても絶縁体的である。これまで我々は室温での中性子粉末回折データから導出された原子対相関関数を用いて局所構造解析を行い、高温立方晶においても複数の非等価な+3価と+4価のサイトが短距離周期をもって存在すること、すなわち電荷の短距離秩序が存在しそれが絶縁体的な電気伝導の原因であることを明らかにしてきた。今回はこの電荷の短距離秩序による局所構造歪みの温度依存性を調べる目的で、J-PARCに設置されている高強度汎用全散乱装置NOVAおよび茨城県材料構造解析装置iMATEIRAを用いて$$^{7}$$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に変換して局所構造解析を行った。その結果、低温斜方晶を含む200Kから450Kの広い温度範囲において局所構造歪みおよびMn-O距離はほとんど温度依存性をもたないことがわかった。

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