[논문 리뷰] Nanometer-sized Regions of Charge Ordering and Charge Melting in La2/3Ca1/3MnO3 Revealed by Electron Micro-diffraction

Jian‐Min Zuo, Jing Tao|arXiv (Cornell University)|2000. 09. 29.

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 전자 미세행렬회절을 통해 라운드산카이오크산산화물(La2/3Ca1/3MnO3)에서 나노스케일의 전하 정렬 도메인을 규명하였으며, 전하 정렬이 오р토로브릭 a-c 평면 내 약 3.6 nm 지름, 약 1.5 nm 높이의 영역에서 발생함을 보여주었다. 전이 온도 Tc에서 강도 피크가 관찰되었고, Tc를 통과하면서 냉각이 진행됨에 따라 도메인 수가 처음에는 증가하고 나중에 감소함으로써 나노스케일에서의 동적 전하 정렬 및 용해가 일어남을 시사한다.

ABSTRACT

Electron microdiffraction study of phase transition in La2/3Ca1/3MnO3 revealed temperature dependent (h+1/2,0,l) diffraction spots. Their intensity peaks at Tc. Quantitative electron diffraction intensity analysis shows that they come from nanometer-sized domains with modulated transverse atomic displacements in the orthorhombic a-c plane, which has two types of Mn ions and thus charge ordering. The average domain is ~3.6 nm in diameter and ~1.5 nm in height (along the b-axis). The number of domains increases and then decreases, as the sample is cooled through Tc.

연구 동기 및 목표

• La2/3Ca1/3MnO3의 상전이 기간 동안 나노스케일 전하 정렬 거동을 조사하기 위해
• 마르간아이트 내 전하 정렬 도메인의 크기, 형태 및 온도 의존성을 결정하기 위해
• 전자 회절을 이용하여 나노스케일에서 전하 정렬 및 용해의 역학을 이해하기 위해

제안 방법

• La2/3Ca1/3MnO3의 국소 결정 구조와 전하 정렬을 조사하기 위해 전자 미세행렬회절을 사용하였다.
• 전하 정렬을 나타내는 (h+1/2,0,l) 반사에 초점을 맞춰 온도 의존성 있는 회절 패턴을 측정하였다.
• 도메인 크기 및 원자 이동 조절을 추출하기 위해 회절 점의 정량적 강도 분석을 수행하였다.
• 전하 정렬과 관련된 오르토로브릭 a-c 평면 내 횡방향 원자 이동에 초점을 두었다.
• 도메인 크기 및 수는 회절 점의 통합 강도 및 공간 분포에서 추정하였다.
• 도메인의 b축 높이는 회절 신호의 평면 외 방향 공진도에서 결정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 La2/3Ca1/3MnO3에서 나노스케일에서 전하 정렬 도메인의 크기 및 형태는 무엇인가?
• RQ2 표본이 전이 온도 Tc를 통과하면서 냉각됨에 따라 전하 정렬 도메인의 수는 어떻게 변화하는가?
• RQ3 전자 미세행렬회절에서 관찰된 (h+1/2,0,l) 회절 점의 기원은 무엇인가?
• RQ4 a-c 평면 내 원자 이동은 마르간아이트에서 전하 정렬과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 나노스케일에서 전하 정렬 및 용해의 온도 의존성은 무엇인가?

주요 결과

• La2/3Ca1/3MnO3의 전하 정렬 도메인은 a-c 평면에서 평균 지름이 약 3.6 nm이다.
• b축 방향으로 도메인의 높이는 약 1.5 nm로, 층상 구조를 나타낸다.
• (h+1/2,0,l) 회절 점의 강도는 전이 온도 Tc에서 최고에 도달하여 이 시점에서 최대 전하 정렬이 발생함을 시사한다.
• 냉각이 Tc에 접근함에 따라 도메인 수가 증가하고 나중에 감소함으로써 동적 용해 과정이 일어남을 시사한다.
• 관측된 회절 점은 a-c 평면 내 조절된 횡방향 원자 이동을 가진 나노스케일 영역에서 기인하며, 두 종류의 Mn 이온 간 전하 정렬과 관련된다.
• 관측된 전하 정렬은 Mn 산화 상태의 조절과 관련이 있으며, 회절 패턴의 강도 분석을 통해 확인되었다.