Anisotropic electrical conductivity changes in FeTiO structure transition under high pressure

高圧下におけるFeTiOの構造転移に伴う異方的電気伝導性

山中 高光*; 中本 有紀*; 坂田 雅文*; 清水 克哉*; 服部 高典   

Yamanaka, Takamitsu*; Nakamoto, Yuki*; Sakata, Masafumi*; Shimizu, Katsuya*; Hattori, Takanori

FeTiOイルメナイトの中性子及び放射光X線回折と電気伝導度測定を高圧下で行った。イルメナイトの構造は28GPaまで保持された。構造解析の結果、8GPa以下ではFeOは圧縮され、TiOはほとんど圧縮されないことが分かった。抵抗率は、金属イオン対の中で原子間距離が最も短いFe-Ti方向で最も小さかった。c軸に垂直な方向の抵抗率は圧力とともに単調減少するが、c軸に沿った抵抗率は圧力とともに山なりとなった。最大エントロピー解析の結果、Fe(3)の電子配置はTi(3)よりも圧縮下で大きく変化することがわかった。異方的な電気伝導度とFe-Ti原子間距離の非一様な圧縮は、Feイオンの高スピン状態から中間スピン状態へのスピン転移によって説明できるかもしれない。

Neutron and synchrotron X-ray diffraction and electric conductivity measurements of FeTiO ilmenite were performed under pressures. Ilmenite structure is retained up to 28 GPa. Structure analysis revealed that FeO and TiO are compressible and less compressible below 8 GPa, respectively. The resistivity is lowest along the Fe-Ti direction that has shortest interatomic distance among all the metal ion pairs. The resistivity in the direction normal to c-axis monotonically decreases with pressure, whereas that along c-axis shows hallow-shape with pressure. Maximum entropy analysis shows that electron configuration of Fe (3) is more strongly changed than Ti (3) under compression. The anisotropic electrical conductivity and non-uniform structure change of Fe-Ti interatomic distance can be explained by the possible spin transition from high-spin state to intermediate-spin state of Fe cation.