スピン軌道相互作用とヤンテラー効果が競合する遷移金属化合物の電子状態と光制御

• Project/Area Number: 14J07601
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 杉本 拓也 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 超伝導 / 軌道自由度 / 層状物質 / 鉄系超伝導体 / BiS2系超伝導体 / 光電子分光 / X線吸収分光 / EXAFS / 軌道縮退 / 電子ネマティック状態 / p電子系超伝導体 / 角度分解光電子分光

Outline of Annual Research Achievements

本年度も、昨年度に引き続き鉄系超伝導体 Fe(Se,Te)及び BiS2 系物質の研究を行った。
鉄系超伝導体 Fe(Se,Te)については、昨年度の分解光電子分光のデータの解釈のため、第一原理計算を行った。計算により、Fe 3d xy/yz の軌道分裂がスピン軌道相互作用由来である可能性がある事を発見した。また。電子相関が正方格子上での yz/zx 軌道の異方性や、スピン軌道相互作用による xy±iyz タイプのスピン揺らぎを引き起こしている可能性を見出した。
一方で、BiS2 系物質については、混合原子価を有する EuFBiS2、CeOBiS2 について角度分解光電子分光実験を行った。EuFBiS2 については、高エネ研 PF の BL-28A にて、Eu 4d-4f の共鳴実験を行いEuの原子価状態を特定した。イタリアの Elettra 放射光施設の Spectromicroscopyビームラインにて、位置分解光電子分光を 行ったところ、金属相と絶縁相を単一の結晶から観測し、電子状態が空間的に相分離している事を発見した。 第一原理計算を用いて金属相絶縁相それぞれにおけるバンド構造や価 電子帯の光電子分光スペクトルを再現する事に成功した。同様に、CeOBiS2 系にも Spectromicroscopyビームラインにて位置分解 角度分解光電子分光実験を行った。そして、EuFBiS2 と同様に、金属相と絶縁相が共存している事がわかった。 しかし、EuFBiS2 との大きな相違は、系の一様な部位に金属相と絶縁相が出ているか否かである。EuFBiS2 は、 一様な劈開面上に金属相と絶縁相が存在しているのに対し、CeOBiS2 では、一様な劈開面上は絶縁相であるが、 一様でない部分に金属相が出現した。これは、CeOBiS2 が EuFBiS2 よりも小さい local atomic disorderを有する事に起因すると考えられ、ステップ等が出現する際に一 様な部位よりわずかな大きな圧力がかかり、一様な部位と異なる局所構造が誘起されたと推測できる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Electronic structure of self-doped layered Eu3F4Bi2S4 material revealed by x-ray absorption spectroscopy and photoelectron spectromicroscopy (2017)
  • Author(s): E. Paris, T. Sugimoto, T. Wakita, A. Barinov, K. Terashima, V. Kandyba, O. Proux, J. Kajitani, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, T. Yokoya, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 95 Issue: 3 Pages: 035152-035152
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.035152
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Localized and mixed valence state of Ce 4f in superconducting and ferromagnetic CeO1-xFxBiS2 revealed by x-ray absorption and photoemission spectroscopy (2016)
  • Author(s): T. Sugimoto, D. Ootsuki, E. Paris, A. Iadecola, M. Salome, E. F. Schwier, H. Iwasawa, K. Shimada, T. Asano, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, N. L. Saini, and T. Mizokawa
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 94 Issue: 8 Pages: 081106-081106
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.081106
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The effect of RE substitution in layered REO0.5F0.5BiS2: chemical pressure, local disorder and superconductivity (2015)
  • Author(s): Y. Mizuguchi, E. Paris, T. Sugimoto, A. Iadecola, J. Kajitani, O. Miura, T. Mizokawa and N. L. Saini
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: 17 Issue: 34 Pages: 22090-22096
  • DOI: 10.1039/c5cp03750f
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electronic structure of Li1+ x [Mn0.5Ni0.5]1－ x O2 studied by photoemission and x-ray absorption spectroscopy (2015)
  • Author(s): Y. Yokoyama, D. Ootsuki, T. Sugimoto, H. Wadati, J. Okabayashi, Xu Yang, Fei Du, Gang Chen, and T. Mizokawa
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 107 Issue: 3 Pages: 033903-1
  • DOI: 10.1063/1.4927239
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fermi surfaces and orbital polarization in superconducting CeO0.5F0.5BiS2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • Author(s): T. Sugimoto, D. Ootsuki, C. Morice, E. Artacho, S. S. Saxena, E. F. Schwier, M. Zheng, Y. Kojima, H. Iwasawa, K. Shimada, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Takahashi, N. L. Saini, T. Asano, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, and T. Mizokawa
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 92 Issue: 4 Pages: 041113-041113
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.041113
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anderson’s impurity-model analysis on CeO1－xFxBiS2 (2015)
  • Author(s): Takuya Sugimoto, Boby Joseph, Eugenio Paris, Antonella Iadecola, Satoshi Demura, Yoshikazu Mizuguchi, Yoshihiko Takano, Takashi Mizokawa, and Naurang L. Saini
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 592 Pages: 012073-012073
  • DOI: 10.1088/1742-6596/592/1/012073
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Role of the Ce valence in the coexistence of superconductivity and ferromagnetism of CeO1－xFxBiS2 revealed by Ce L3-edge x-ray absorption spectroscopy (2014)
  • Author(s): T. Sugimoto, B. Joseph, E. Paris, A. Iadecola, T. Mizokawa, S. Demura, Y. Mizuguchi, Y. Takano, and N. L. Saini
  • Journal Title: Physical Review B Rapid Communications Volume: 89 Issue: 20 Pages: 201117-201117
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.201117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of local atomic displacements in CeO1－xFxBiS2 system (2014)
  • Author(s): E. Paris, B. Joseph, A. Iadecola, T. Sugimoto, L. Olivi, S. Demura, Y. Mizuguchi, Y. Takano, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • Journal Title: Journal of Physics: Condensed Matter Volume: 26 Issue: 43 Pages: 435701-435701
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/43/435701
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Role of the local structure and electronic states in superconductivity of BiS2-based materials (2016)
  • Author(s): T. Sugimoto
  • Organizer: European Material Research Society Fall meeting 2016
  • Place of Presentation: Politechnika Warszawska, Warsaw, Poland.
  • Year and Date: 2016-09-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electronic structure of Ce(O,F)BiS2 revealed by x-ray absorption, resonance photoemission, and angle-resolved photoesmission spectroscopies (2015)
  • Author(s): 杉本拓也
  • Organizer: TMU International Symposium on “New Quantum Phases Emerging from Novel Crystal Structure”
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2015-09-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fermi surfaces and orbital polarization of CeO0.5F0.5BiS2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • Author(s): 杉本拓也
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] T. Sugimoto, D. Ootsuki, K. Sawada, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Horio, K. Horiba, M. Kobayashi, K. Ono, H. Kumigashira, T. Inabe, T. Noji, Y. Koike, N. L. Saini, and T. Mizokawa (2015)
  • Author(s): Coexistence of nematic and non-nematic states in Fe(Se,Te) system revealed by ARPES
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学、東京都
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] BiS2系超伝導体における局所構造変化と超伝導発現 (2015)
  • Author(s): 水口佳一，Eugenio Paris，杉本拓也，梶谷丈，三浦章，溝川貴司，Naurang L. Saini，三浦大介
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学、東京都
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] X-ray absorption spectroscopy and Anderson’s impurity-model calculation on CeO1-xFxBiS2 (2014)
  • Author(s): T. Sugimoto, B. Joseph, E. Paris, A. Iadecola, T. Mizokawa, S. Demura, Y. Mizuguchi, Y. Takano, and N. L. Saini
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学、愛知県
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Ce valence fluctuation in CeO1－xFxBiS2 superconductor studied by x-ray absorption spectroscopy (2014)
  • Author(s): T. Sugimoto, B. Joseph, E. Paris, A. Iadecola, S. Demura, Y. Mizuguchi, Y. Takano, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-11