[論文レビュー] Colossal Van der Waals small-polaron superlattice: a hint to understanding the colossal magnetoresistance and electroresistance in manganites

Mladen Georgiev|ArXiv.org|Nov 28, 2007

Graphene research and applications被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、強いフォノン結合型振動的小さな極子（vibronic small polarons）が持つ固有の電気双極子モーメントおよび磁気双極子モーメントにより、マンガナイトにおいてCurie温度を超える領域で巨大なファンデルワールス力による小さな極子スーパーラティスが形成されることを提案する。これらの双極子は外部場に結合し、秩序-無秩序転移を引き起こし、これが巨大磁気抵抗効果および電気抵抗効果を説明する。臨界場強度の数値的見積もりは、実験的観測と整合的である。

ABSTRACT

A mechanism is proposed to explain the formation of a small-polaron superlattice above the Curie temperature in manganites. The order-disorder transition initiated by the external field at a lattice is known responsible for the colossal resistance effect. We attribute the lattice formation to the occurrence of strong Van der Waals pairing of vibronic small polarons arising from the phonon coupling of highly polarizable two-level orbital systems. The latter having inherent electric and magnetic dipoles associated with them, they couple to the external field leading to the observed colossal effects. We find numerical estimates of the critical field compatible.

研究の動機と目的

• Curie温度を超える領域におけるマンガナイトにおける巨大磁気抵抗および電気抵抗効果の起源を説明すること。
• 外部場下でのマンガナイトにおけるスーパーラティス構造の形成に寄与する微視的メカニズムを特定すること。
• 観測された巨大抵抗効果を、振動的小さな極子と外部電場および磁場との結合に結びつけること。
• 2準位軌道系に起因する双極子間の強いファンデルワールス相互作用に基づく理論的枠組みを提供すること。
• 巨大効果を引き起こす秩序-無秩序転移を誘発するための臨界場強度を推定すること。

提案手法

• 強い電子-フォノン結合を示す高感受性2準位軌道系において、振動的小さな極子が形成されるモデルを提案する。
• これらの小さな極子同士のファンデルワールス的ペアリングを導入し、スーパーラティス構造の形成を誘導する。
• 極子が持つ固有の双極子モーメントを介して、外部電場および磁場との相互作用をモデル化する。
• 外部場による誘発された秩序-無秩序転移が、巨大抵抗効果の起源であると分析する。
• 数値的見積もりを用いて、転移を誘発するための臨界場強度を評価し、実験値と比較する。
• 化学物理学および多体理論の原則を応用し、格子内での極子の集団的挙動を記述する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Curie温度を超える領域におけるマンガナイトにおけるスーパーラティス構造の形成に寄与する微視的メカニズムは何か？
• RQ2 固有の双極子モーメントを持つ振動的小さな極子は、どのように巨大磁気抵抗および電気抵抗効果に寄与するか？
• RQ3 ファンデルワールス相互作用は、マンガナイトにおける小さな極子スーパーラティスの安定化にどのような役割を果たすか？
• RQ4 巨大抵抗効果を引き起こす秩序-無秩序転移を誘発するための推定臨界場強度は何か？
• RQ5 2準位軌道系における電気双極子および磁気双極子の結合は、観測された巨大応答をどのように説明できるか？

主な発見

• 強力なファンデルワールス的ペアリングによって、Curie温度を超える領域で小さな極子スーパーラティスが形成される。
• このスーパーラティスの形成は、2準位軌道系に由来する固有の電気双極子および磁気双極子モーメントが外部場に結合することによって駆動される。
• 外部場によって誘発される秩序-無秩序転移が、巨大磁気抵抗および電気抵抗効果の主要メカニズムであると特定された。
• 転移を誘発するための臨界場強度の数値的見積もりは、実験的観測と整合的であることが判明した。
• 本モデルは、構造的格子内でのフォノン結合極子の集団的現象として、巨大抵抗効果を説明できる。
• 提案されたメカニズムは、単一の物理的プロセスを通じて、マンガナイトにおける巨大磁気抵抗および電気抵抗効果を統合的に説明するものである。