[論文レビュー] Optical Conductivity of Manganites: Crossover from Jahn-Teller Small Polaron to Coherent Transport in the Ferromagnetic State

M. Quijada, Cerne, J.+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 1998

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials参考文献 4被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、穴ドープされたマンガナイト（Nd0.7Sr0.3MnO3、La0.7Ca0.3MnO3、およびLa0.7Sr0.3MnO3）の光学伝導度を調査し、順磁性絶縁状態におけるJahn-Teller小ポラロン輸送から強磁性状態における整合的でドレーブ型の輸送への遷移を示した。主な結果は、1 eV付近の広帯域光学ピークがTc未満で整合的ドレーブ応答へと進化することであり、二重交換と動的Jahn-Teller効果を組み合わせたモデルと整合的である。

ABSTRACT

We report on the optical properties of the hole-doped manganites Nd_{0.7}Sr _{0.3}MnO_{3}, La_{0.7}Ca_{0.3}MnO_{3}, and La_{0.7}Sr_{0.3}MnO_{3}. The low-energy optical conductivity in the paramagnetic-insulating state of these materials is characterized by a broad maximum near 1 eV. This feature shifts to lower energy and grows in optical oscillator strength as the temperature is lowered into the ferromagnetic state. It remains identifiable well below Tc and transforms eventually into a Drude-like response. This optical behavior and the activated transport in the paramagnetic state of these materials are consistent with a Jahn-Teller small polaron. The optical spectra and oscillator strength changes compare well with models that include both double exchange and the dynamic Jahn-Teller effect in the description of the electronic structure.

研究の動機と目的

• 穴ドープマンガナイトの順磁性絶縁体から強磁性体への相転移に伴う電子輸送メカニズムを理解すること。
• 特に光学伝導度に現れる1 eV付近の広帯域ピークの起源を特定し、その電子相関との関係を明確にすること。
• Curie温度（Tc）を通過するに伴い光学伝導度がどのように変化するかを調査し、特にドレーブ型応答への変容を解明すること。
• 二重交換と動的Jahn-Teller効果を組み合わせた理論モデルを実験的光学データと照合して検証すること。

提案手法

• Nd0.7Sr0.3MnO3、La0.7Ca0.3MnO3、およびLa0.7Sr0.3MnO3の単結晶試料を用い、広い温度範囲で光学伝導度測定を実施した。
• 分析は主に低エネルギー光学応答に焦点を当て、1 eV付近の伝導度特徴のスペクトル重みとピーク位置の変化を重点的に検討した。
• 温度依存的な光学データを、二重交換と動的Jahn-Teller効果を含む理論モデルと比較した。
• 温度依存の光学ピークの発振強度を追跡し、Tc未満でドレーブ型応答へとどのように進化するかを評価した。
• 理論的モデリングを用いて、観測された光学スペクトルを小ポラロン形成と整合的バンド輸送の観点から解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マンガナイトの光学伝導度は、順磁性絶縁状態から強磁性金属状態に至る過程でどのように変化するか？
• RQ2 順磁性状態における1 eV付近の広帯域光学ピークの起源は何か？また、電子相関とどのように関係しているか？
• RQ3 二重交換と動的Jahn-Teller効果が、観測された光学応答をどの程度同時に説明できるか？
• RQ4 系が強磁性状態に入ると、スペクトル重みはどのように再分配されるか？これはキャリアの性質にどのような含意を持つのか？
• RQ5 Tc未満で光学応答がドレーブ型特徴に変化することは、整合的準粒子輸送への遷移を示唆するか？

主な発見

• 順磁性絶縁状態における低エネルギー光学伝導度は、1 eV付近に広帯域ピークを示し、Jahn-Teller小ポラロン起源を示している。
• 温度が低下し強磁性状態に移行するに従い、1 eVピークは低エネルギー側にシフトし、発振強度が増加する。
• 光学応答はTc未満で連続的にドレーブ型特徴へと進化し、整合的輸送の開始を示している。
• 観測されたスペクトルの進化は、二重交換と動的Jahn-Teller効果を含む理論モデルと定量的に整合的である。
• 順磁性状態における活性化輸送と光学データの両方が、強磁性転移以前に小ポラロン像が成立することを支持している。
• 光学応答が局在的で小ポラロン的状態から整合的ドレーブピークへと変化することは、Tcにおけるキャリアダイナミクスの遷移を直接的証明している。