内殻角度分解光電子線二色性による多極子活性局在4f電子構造の温度依存性解明

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04317
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 関山 明 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40294160)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 光電子分光 / 放射光 / 偏光 / 軌道対称性 / 多極子 / 強相関電子系 / 偏光二色性

Outline of Annual Research Achievements

強相関希土類化合物において、結晶場分裂によって生じ局在多極子の起源となりうる異方的4f電荷分布＝軌道対称性の直接的な決定は実験的に従来困難だったところ、我々は内殻”角度分解”光電子線二色性から直接的な決定が可能であることを発見した。本研究ではこれまでの研究を加速させ、当該年度にはPrBe13の基底一重項（Γ1）のみならず、温度変化測定から第一励起状態がΓ4対称性を有することに決定成功した。これについては、査読付き国際会議論文として発表すると、従来励起状態対称性決定に必須と思われていた強磁場印加を必要とせず、単純に光電子スペクトル二色性の温度変化測定だけで決定可能であり新たな実験手法開発という評価を得た。但し、線二色性がより顕著に生じうるPr 4d内殻準位はBe 1s準位とも近接しているため、Pr 4d内殻光電子線二色性を定量的に評価することは難しく、定性的にΓ1対称性であることと矛盾しない結果を得るというところにとどまる。また、立方晶充填スクッテルダイトPrFe4P12においては、非秩序相において基底状態が擬四重縮退した状態にあることを示唆する結果を得た。これについてはさらに慎重な検討が必要ではあるが、擬四重縮退した状態から「隠れた秩序」が生じている可能性を示している。
正方晶SmPt2Si2においても内殻光電子線二色性測定をSm 3d内殻準位に対して行い、バルクではSm2+が無視できることに加え明確な線二色性を得た。これを解析すると、Jz = ±5/2の寄与が明らかに強く、少なくとも予想の一つである純粋なJz = ±3/2状態とは欠けなはなれていることがわかった。但し、この基底状態のより精密な決定にはさらに実験が必要と思われる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Observation of the 4f ground-state symmetry in strongly correlated cubic Pr compounds probed by linearly polarized 3d core-level photoemission spectroscopy (2020)
  • Author(s): S. Hamamoto, Y. Kanai, S. Fujioka, Y. Nakatani, H. Fujiwara, K. Kuga, T. Kiss, A. Higashiya, A. Yamasaki, S. Imada, A. Tanaka, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Hidaka, T. Yanagisawa, H. Amitsuka, K.T. Matsumoto, T. Onimaru, T. Takabatake, A. Sekiyama
  • Journal Title: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Volume: 238 Pages: 146885-146885
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2019.07.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Linear polarization-dependent core-level photoemission spectroscopy in Yb-based valence fluctuating system (2020)
  • Author(s): Kuga Kentaro、Kanai Yuina、Fujiwara Hidenori、Yamagami Kohei、Hamamoto Satoru、Aoyama Yuichi、Sekiyama Akira、Higashiya Atsushi、Kadono Toshiharu、Imada Shin、Yamasaki Atsushi、Tamasaku Kenji、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Nakatsuji Satoru、Kiss Takayuki
  • Journal Title: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Volume: 238 Pages: 146889-146889
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2019.08.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Linearly Polarized Hard X-Ray Photoemission Spectroscopy of PrBe13 (2020)
  • Author(s): Hamamoto Satoru、Kanai-Nakata Yuina、Fujiwara Hidenori、Kuga Kentaro、Kiss Takayuki、Higashiya Atsushi、Yamasaki Atsushi、Imada Shin、Tanaka Arata、Tamasaku Kenji、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Hidaka Hiroyuki、Yanagisawa Tatsuya、Amitsuka Hiroshi、Sekiyama Akira
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 29 Pages: 012010-012010
  • DOI: 10.7566/jpscp.29.012010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ground State Local 4f Symmetry of CeAgSb2 Probed by Linearly Polarized Hard X-ray Photoemission (2020)
  • Author(s): Fujiwara H.、Kondo Y.、Hamamoto S.、Kanai-Nakata Y.、Kuga K.、Yamasaki A.、Higashiya A.、Kadono T.、Imada S.、Kiss T.、Tanaka A.、Tamasaku K.、Yabashi M.、Ishikawa T.、Ebihara T.、Sekiyama A.
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 30 Pages: 011101-011101
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011101
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of Anisotropic Hybridization in YbAlB4 Probed by Linear Dichroism in Core-Level Hard X-Ray Photoemission Spectroscopy (2019)
  • Author(s): Kentaro Kuga, Yuina Kanai, Hidenori Fujiwara, Kohei Yamagami, Satoru Hamamoto, Yuichi Aoyama, Akira Sekiyama, Atsushi Higashiya, Toshiharu Kadono, Shin Imada, Atsushi Yamasaki, Arata Tanaka, Kenji Tamasaku, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Satoru Nakatsuji, Takayuki Kiss
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 123 Issue: 3 Pages: 0364041-5
  • DOI: 10.1103/physrevlett.123.036404
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optical Process of Linear Dichroism in Angle-Resolved Core-Level Photoemission Reflecting Strongly Correlated Anisotropic Orbital Symmetry (2019)
  • Author(s): Sekiyama Akira、Kanai Yuina、Tanaka Arata、Imada Shin
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Issue: 1 Pages: 013706-013706
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.013706
  • NAID: 40021772152
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Revising the 4f symmetry in CeCu2Ge2: Soft x-ray absorption and hard x-ray photoemission spectroscopy (2018)
  • Author(s): Aratani H.、Nakatani Y.、Fujiwara H.、Kawada M.、Kanai Y.、Yamagami K.、Fujioka S.、Hamamoto S.、Kuga K.、Kiss T.、Yamasaki A.、Higashiya A.、Kadono T.、Imada S.、Tanaka A.、Tamasaku K.、Yabashi M.、Ishikawa T.、Yasui A.、Saitoh Y.、Narumi Y.、Kindo K.、Ebihara T.、Sekiyama A.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.121113
  • NAID: 120006731603
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polarization-dependent X-ray photoemission spectroscopy for High-Tc cuprate superconductors (2018)
  • Author(s): Yamagami Kohei、Kanai Yuina、Naimen Sho、Fujiwara Hidenori、Kiss Takayuki、Tanaka Arata、Higashiya Atsushi、Imada Shin、Kadono Toshiharu、Tamasaku Kenji、Muro Takayuki、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Eisaki Hiroshi、Miyasaka Shigeki、Tajima Setsuko、Sekiyama Akira
  • Journal Title: Physica B: Condensed Matter Volume: 536 Pages: 843-846
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.09.024
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Polarization-Dependent Angle-Resolved Core-Level HAXPES of Strongly Correlated Rare-Earth Compounds: Formulations and Applications (2019)
  • Author(s): Akira Sekiyama
  • Organizer: The 8th International Conference on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ground State Local 4f Symmetry in the Pressure Induced Superconductor CeCu2Ge2 Probed by Polarized Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (2019)
  • Author(s): Hidenori Fujiwara
  • Organizer: The 8th International Conference on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Linear Dichroism In Core-Level Photoemission Spectroscopy For Cubic Pr Compounds (2019)
  • Author(s): Satoru Hamamoto
  • Organizer: The 8th International Conference on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Revising Ground State Local 4f Symmetry in the Pressure Induced Superconductor CeCu2Ge2 (2019)
  • Author(s): Hidenori Fujiwara
  • Organizer: International Conference of Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Local 4f Electronic Structure in PrAg2 In Studied by Polarized X-ray Absorption and Photoemission Spectroscopy (2019)
  • Author(s): Satoru Hamamoto
  • Organizer: International Conference of Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical process of polarized angle-resolved core-level photoemission applied to probe the anisotropic 4f-orbital symmetry of strongly correlated electron systems (2019)
  • Author(s): Akira Sekiyama
  • Organizer: International Conference of Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Linearly polarized hard x-ray photoemission spectroscopy of PrBe13 (2019)
  • Author(s): Satoru Hamamoto
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference & KINKEN-WAKATE 2019 Multipole Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 角度分解内殻光電子線二色性の定式化といくつかの希土類化合物への応用 (2019)
  • Author(s): 関山明
  • Organizer: J-Physics 地域研究会-大阪
• [Presentation] 立方晶Pr 化合物の内殻光電子線二色性による4f 軌道対称性の決定 (2019)
  • Author(s): 濵本諭
  • Organizer: J-Physics 地域研究会-大阪
• [Presentation] 充填スクッテルダイト化合物PrFe4P12に対する硬X線内殻光電子線二色性の観測 (2019)
  • Author(s): 濵本諭ほか
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] 直線偏光制御硬X線角度分解内殻光電子分光による正方晶強相関Ce化合物の4f基底状態対称性の研究 (2019)
  • Author(s): 藤原秀紀ほか
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] 内殻光電子線二色性による強相関希土類4f軌道対称性の決定 (2019)
  • Author(s): 関山明
  • Organizer: 物性研短期研究会「強磁場コラボラトリーによる強磁場科学の新展開 ～光科学との融合も視野にいれて～」
• [Presentation] 磁場印加下における直線偏光依存硬X線内殻光電子分光を用いたPrB6非整合反強磁性相Pr 4f電子状態の観測 (2019)
  • Author(s): 濱本諭ほか
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 角度分解内殻光電子線二色性による価数揺動物質YbNi2Ge2の4f基底状態対称性の決定 (2019)
  • Author(s): 樫内利幸ほか
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 立方晶PrB6におけるPr 4f電子状態を反映した磁場中硬X線内殻光電子線二色性の観測 (2019)
  • Author(s): 濱本諭ほか
  • Organizer: 第32回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム(JSR2019)
• [Presentation] 硬X線光電子分光を用いた希土類化合物CeAgSb2の基底状態における電子状態の解明 (2019)
  • Author(s): 近藤佑宥ほか
  • Organizer: 第32回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム(JSR2019)
• [Presentation] 角度分解内殻光電子線二色性による価数揺動物質YbNi2Ge2における4f基底状態対称性の決定 (2019)
  • Author(s): 樫内利幸ほか
  • Organizer: 第32回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム(JSR2019)
• [Presentation] Probing localized 4f-orbital symmetry of strongly correlated electron systems by linear dichroism in angle-resolved corelevel HAXPES (2018)
  • Author(s): A. Sekiyama et al.
  • Organizer: International Conference on Electron Spectroscopy and Structure (ICESS-14)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ground-state 4f orbital symmetry probed by linear dichroism in x-ray core-level photoemission/absorption spectra of strongly correlated Sm compounds (2018)
  • Author(s): Y. Kanai et al.
  • Organizer: International Conference on Electron Spectroscopy and Structure (ICESS-14)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Linear dichroism in hard X-ray photoemission spectroscopy of cubic Pr compounds reflecting the 4f ground state symmetry (2018)
  • Author(s): S. Hamamoto et al.
  • Organizer: International Conference on Electron Spectroscopy and Structure (ICESS-14)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks]
• [Remarks]