Electronic structure of LaCoO3 at low temperature

Abstract

LaCoO3 has two magnetic/electronic transitions around 90 K and 500 K. For X-ray absorption, however, a spectra change is found at about 500 K. The low-temperature transition has not yet been evidenced clearly by photoelectric measurements. Valence-Band (VB) photoemission spectra of LaCoO3 were measured in the Co 3p to 3d absorption region in the temperature range of 20-140 K under 1 x 10(exp -10) Torr using the single crystalline sample, and the Co 3d state in VB was investigated. As a result, the spectra exhibiting Co 3d contribution showed at 75 K a peak at 2 eV and a broad peak at 12 eV, which decreased in intensity with decreasing temperature and was broadened a little, revealing a transition to a low-spin state. However, the observed temperature dependence of the VB spectra seemed not to be consistent with theoretical calculations for LaCoO3 in the low-spin state, probably due to the surface electronic effect as well as charging and undesirable-gas adsorption effects at very low temperature.

LaCoO3は90Kと 500K近傍の2カ所に磁気的・電子的転移を有する。しかしながら、X線吸収に対してはスペクトル変化は約500Kで見られるものの、低温転移は光電子測定からはこれまで明確に確認されていない。そこで、単結晶試料を用いてLaCoO3の価電子帯(VB)光電子放射スペクトルを、1×10(exp -10)Torr下、20-140Kの温度範囲で、Coの3p→3d吸収域について測定し、VBに於けるCoの3d状態を調べた。その結果、Coの3dの寄与を示すスペクトルでは、75Kに於いては2eVにピークと12eVに幅広いピークが存在するが、温度が低くなるに従い、その強度は低下すると共に若干幅広くなり、低スピン状態への転移を現す。しかし、観測されたVBスペクトルの温度依存性は低スピン状態のLaCoO3に対する理論計算と一致しなかったが、これは極低温に於ける荷電および不必要気体の吸着効果のみならず表面電子効果によるものと思われる。