[論文レビュー] Thermodynamics of the Double Exchange Systems

Nobuo Furukawa|ArXiv.org|Dec 4, 1998

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ダイナミカル平均場理論（DMFT）およびモンテカルロシミュレーションを用いて、双対交換系の摂動論的でない解析を提示し、強いスピン揺らぎが電子構造および有限温度特性に顕著な影響を与えることを示している。強磁性転移温度が高いという点で、(La,Sr)MnO3が標準的な高Tc二重交換系であることが確立され、低Tc化合物における不均一性および相分離を通じて、巨大磁気抵抗効果が説明される。

ABSTRACT

This article gives a comprehensive review on the recent studies of the double exchange systems using non-perturbative approaches; the dynamical mean-field theory and the Monte Carlo method. Investigations beyond mean-field type treatments are described. Taking into account strong spin fluctuations which create large changes in conduction electron structure, finite temperature properties as well as dynamics of the system are calculated. Comparisons with experimental data for colossal magnetoresistance manganites are made. We show that high Curie temperature (Tc) compounds, e.g. (La,Sr)MnO3, are canonical double-exchange systems. Properties of other compounds with lower Tc are discussed in relation to inhomogeneities of the system including the issue of phase separation.

研究の動機と目的

• 平均場近似を超えた二重交換系の熱力学的および動的性質を理解すること。
• 強いスピン揺らぎが伝導電子構造および有限温度挙動をどのように規定するかを調査すること。
• 特に高いCurie温度を示す(La,Sr)MnO3におけるマンガニートの巨大磁気抵抗の起源を解明すること。
• 不均一性および相分離が低Tcマンガニート化合物に与える影響を分析すること。
• 理論的予測をマンガニート材料に関する実験データと比較すること。

提案手法

• 強い電子相関を摂動論的でない方法で取り扱うために、ダイナミカル平均場理論（DMFT）の適用。
• 有限温度特性および動的性質を計算するためにモンテカルロシミュレーションの使用。
• スピン揺らぎを電子構造の変化の主要因として組み込む。
• 局所的電子相関および格子効果を考慮した二重交換メカニズムの分析。
• 巨大磁気抵抗およびTc値に関する実験データと理論的結果の比較。
• 非平均場的手法を用いて、低Tcマンガニート系における相分離および不均一性の研究。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強いスピン揺らぎは、二重交換系の電子構造および熱力学にどのように影響を与えるか？
• RQ2 (La,Sr)MnO3化合物が高Curie温度を示す理由は何か？なぜこれが標準的な二重交換系とされるのか？
• RQ3 不均一性および相分離は、他のマンガニートにおけるCurie温度の低下にどのような役割を果たすか？
• RQ4 DMFTやモンテカルロなどの摂動論的でない手法は、平均場理論に比べて二重交換系の記述をどの程度改善するか？
• RQ5 有限温度における動的性質および磁気抵抗に関する理論的予測は、実験観察とどの程度一致するか？

主な発見

• (La,Sr)MnO3系は、強い電子-スピン結合のおかげで、標準的な高Curie温度二重交換化合物であると特定された。
• 摂動論的でない取り扱いにより、スピン揺らぎが伝導電子バンド構造に顕著な変化を引き起こすことが明らかになった。
• DMFTおよびモンテカルロ法を用いることで、磁気秩序状態や抵抗率を含む有限温度特性が正確に再現された。
• 相分離および不均一性が、特定のマンガニートにおけるCurie温度の低下の原因であることが示された。
• スピン揺らぎおよび不均一性を組み込んだ理論的予測は、実験データと良好な一致を示した。
• 本研究は、平均場近似が二重交換系の真の熱力学的および動的挙動を記述できないことを示した。