物質・材料研究機 共用基盤部門 強磁場共用ステーション 2008 年度 ...

鉄 フタロシアニン 伝 導 体 の 巨 大 磁 気 抵 抗 と 磁 気 トルク
Giant Magnetoresistance and Magnetic Torque of Fe-Phthalocyanine Conductor
物 材 機 構
1 , 筑 波 大
2 , 熊 本 大 理
3 , 東 大 物 性 研
4 5
, 北 大 理
木 俣 基
1 , 薩 川 秀 隆
1 , 山 口 尚 秀
1 , 寺 島 太 一
1 , 宇 治 進 也
1,2 ,
松 田 真 生
3 , 田 島 裕 之
4 , 内 藤 俊 雄
5 5
, 稲 辺 保
Motoi Kimata 1 , Hidetaka Satsukawa 1 , Yamaguchi Takahide 1 , Taichi Terashima 1 , Shinya. Uji 1,2 , Masaki Matsuda 3 ,
Hiroyuki Tajima 4 , Toshio Naito 5 , Tamotsu Inabe 6
1 National Institute for Materials Science (NIMS)
2 Graduate School of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba
3 Depertment of Chemistry, Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University
4 Institute for Solid State Physics, University of Tokyo
5 Division of Chemistry, Graduate School of Science, Hokkaido University
Abstract:
Magnetoresistance (MR) and magnetic torque measurements are performed for a magnetic organic conductor
TPP[Fe(Pc)(CN) 2 ] 2 . The results suggest that the large negative MR is associated with a magnetic transition. This magnetic
transition is considered as a metamagnetic transition of the localized Fe moments, and the MR effect is qualitatively
explained by an analogy with the double exchange interaction system.
Keywords: Giant magnetoresistance, Magnetic organic conductor
E-mail: KIMATA.Motoi@nims.go.jp
1. はじめに
物 質 中 に 存 在 する 様 々な 自 由 度 間 の 相 互 作 用 の 解 明
は 物 性 物 理 学 における 中 心 的 問 題 である. 巨 大 磁 気 抵 抗
は 磁 性 と 伝 導 の 相 互 作 用 に 起 因 して 現 れる 典 型 的 な 現
象 であり,その 一 つの 舞 台 として 磁 性 有 機 伝 導 体 を 挙 げ
る 事 ができる.ジシアノ 鉄 フタロシアニン 伝 導 体 の 一 つ
である TPP[Fe(Pc)(CN) 2 ] 2 (TPP=tetraphenylphosphonium,
Fe(Pc)(CN) 2 =dicyano-Fe-Phthalocyanine)は 低 温 で 大 きな
負 の 磁 気 抵 抗 を 示 すが,その 起 源 は 未 だ 完 全 には 明 ら
かになっていない. 我 々はこの 巨 大 磁 気 抵 抗 の 起 源 を
明 らかにする 目 的 で 25T までの 磁 場 中 で 磁 気 抵 抗 およ
び 磁 気 トルク 測 定 を 行 った.
TPP[Fe(Pc)(CN) 2 ] 2 は 結 晶 の c 軸 方 向 に 鉄 フタロシア
ニン 分 子 が 積 層 した 一 次 元 伝 導 鎖 を 持 ち, 伝 導 はフタ
ロシアニン 環 上 のπ 電 子 が 担 っている.また 分 子 中 心
には Fe 3+ イオンに 起 因 する 局 在 磁 気 モーメントが 存 在
し, 局 在 磁 気 モーメントとπ 電 子 との 強 い 相 互 作 用 が
期 待 される 系 である. 最 近 の 磁 化 率 と 核 磁 気 共 鳴 の 測
定 によれば, 鉄 の 磁 気 モーメント 間 には 反 強 磁 性 的 な
相 互 作 用 が 存 在 し,12K で 反 強 磁 性 磁 気 秩 序 すると 考
えられている.
2. 実 験 方 法
電 気 抵 抗 の 測 定 は 二 端 子 を 用 い,c 軸 方 向 の 電 気 伝
導 度 を 測 定 した.また, 磁 気 トルク 測 定 には 市 販 のピ
エゾ 抵 抗 付 きマイクロカンチレバーを 用 いた. 磁 場 は
強 磁 場 共 用 ステーションの 25T 水 冷 銅 磁 石 を 用 いて 印
加 した.
3. 実 験 結 果 と 考 察
図 1は 様 々な 磁 場 方 位 における(a) 電 気 伝 導 度 と(b)
磁 気 トルクの 磁 場 依 存 性 である. 磁 場 は 試 料 の ac 面 内
で 回 転 させており,a 軸 からの 角 度 をθと 定 義 してい
る.θ=0˚の 時 , 伝 導 度 は 15T 付 近 から 急 激 に 上 昇 する.
この 伝 導 度 の 変 化 は 3 桁 以 上 にも 及 ぶ 非 常 に 巨 大 な 効
果 である.また, 磁 気 トルクにも 同 様 の 磁 場 で 異 常 が
観 測 され,この 事 は 約 15T 付 近 に 何 らかの 磁 気 転 移 が
存 在 する 事 を 示 している. 磁 場 を a 軸 から 傾 けていく
と, 伝 導 度 が 急 激 に 上 昇 する 磁 場 ,および 磁 気 トルク
の 変 化 する 磁 場 ( 図 中 の 矢 印 )は 次 第 に 高 磁 場 側 にシ
フトしていく. 従 ってこの 磁 気 抵 抗 効 果 は 何 らかの 磁
気 転 移 によって 引 き 起 こされていると 考 えられる. 低
温 における Fe 磁 気 モーメントの 反 強 磁 性 秩 序 を 考 慮
すると,この 磁 気 転 移 は 強 磁 場 中 における 反 強 磁 性 状
態 の 不 安 定 性 に 関 与 していると 考 えられる. 一 般 的 な
反 強 磁 性 体 に 磁 場 を 印 加 した 場 合 , 磁 気 モーメントは
反 強 磁 性 相 関 を 保 ったまま 徐 々に 磁 場 方 向 を 向 き, 強
磁 場 極 限 では 磁 気 モーメントが 完 全 に 同 一 の 方 向 を 向
く 磁 場 誘 起 強 磁 性 状 態 に 達 する.しかし 本 系 では Fe
磁 気 モーメントが 非 常 に 強 い 一 軸 異 方 性 を 持 っている
ため, 反 強 磁 性 状 態 からただちに 磁 場 誘 起 強 磁 性 状 態
への 転 移 (メタ 磁 性 転 移 )が 起 こると 考 えられる.
一 方 , 磁 場 中 での 電 気 伝 導 度 の 振 る 舞 いは, 二 重 交
換 相 互 作 用 系 と 呼 ばれるモデルと 類 似 の 考 え 方 で 定 性
的 には 理 解 する 事 ができる.このモデルでは 同 一 格 子
点 上 での 局 在 磁 気 モーメントと 伝 導 電 子 の 磁 気 的 な 結
合 が 重 要 な 役 割 を 担 う. 仮 に 隣 接 する 格 子 点 上 の 局 在
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