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Crystallographical and morphological changes in charge-ordering transition of RFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ (R: Y, Lu) investigated by transmission electron microscopy

透過電子顕微鏡を用いたRFe$$_{2}$$O$$_{4}$$の電荷秩序における結晶学的および形態学的変化の観察(R: Y, Lu)

堀部 陽一*; 森 茂生*; 池田 直*; 吉井 賢資  ; 前野 宏志*; 村上 恭和*

Horibe, Yoichi*; Mori, Shigeo*; Ikeda, Naoshi*; Yoshii, Kenji; Maeno, Hiroshi*; Murakami, Yasukazu*

鉄3d電子の電荷秩序により強誘電性を示すRFe$$_{2}$$O$$_{4}$$につき(R: Y, Lu)、希土類イオン半径の異なる2つの系の結晶構造と電荷秩序構造の温度変化を透過電子顕微鏡観測により調べた。この系はFe-Oの三角格子が積み重なった2次元性の強い構造を持つが、YFe$$_{2}$$O$$_{4}$$およびLuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$の両者とも、電子線回折像は室温以上において3次元的な電荷秩序構造の存在を示した。また、実空間像の観測からは、YFe$$_{2}$$O$$_{4}$$の電荷秩序のほうが、LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$のそれよりも3次元性が強いことが判明した。この実験事実を結晶構造と関連付けて説明した。Fe-O面内方向の格子定数を基準とした場合、面間方向の格子定数は、Y系のほうがLu系のほうが短くなる。すなわち、面間方向のFe電子の相互作用はY系のほうが強いと推測される。よって、YFe$$_{2}$$O$$_{4}$$はFe-O面内の2次元的な電荷秩序に加え、面間方向の電荷秩序も発達しやすい系であり、結果として3次元的な等方向的な秩序相が出現しやすいと結論した。

Temperature dependence of charge-ordered crystal structures and domain structures in RFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ (R: Y and Lu) was investigated by energy-filtered transmission electron microscopy, combined with conventional transmission electron microscopy. The presence of three-dimensional to two-dimensional charge ordering transition were observed in both RFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ on heating. Furthermore, real-space images obtained with the energy-filtered transmission electron microscopy revealed that YRFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ has less anisotropic nanometer-scale charge-ordered domains than LuRFe$$_{2}$$O$$_{4}$$. These findings in RFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ indicate the importance of the interchange interactions between Fe-O bilayers in addition to those within bilayers in the structural phase transitions associated with charge ordering in this system.

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パーセンタイル:8.84

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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