共鳴X線散乱の理論とそれに関連した励起状態の第一原理計算法の確立

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540323
• Research Institution: Japan Atomic Energy Research Institute
• Principal Investigator: 五十嵐 潤一 特殊法人日本原子力研究所, 放射光科学研究センター・物質構造シミュレーショングループ・グループリーダー, 主任研究員 (20127179)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 学 群馬大学, 工学部, 助教授 (50250816)
• Keywords: 共鳴X線散乱(RXS) / 共鳴非弾性X線散乱(RIXS) / K吸収端 / 軌道秩序 / 磁気秩序 / 4p電子状態 / スピン軌道相互作用

Research Abstract

共鳴X線散乱の機構を微視的立場から研究し、次の成果を得た。
1.弾性散乱
(1)反強磁性体NiOにおけるNiのK吸収端を用いた共鳴X線散乱(RXS)の磁気超格子点におけるスペクトルを解析した。スピン軌道相互作用を取り入れた第一原理計算(LDA+U)を行い、実験結果をよく説明するとともに、4Pバンドの軌道分極の機構を明らかにした。
(2)反強磁性体UGa_3におけるGaのK吸収端を用いたRXSの磁気超格子点におけるスペクトルを、スピン軌道相互作用を取り入れた第一原理計算(LDA+U)を行い解析した。Gaの4p状態の軌道分極は、Uの大きな軌道磁気モーメントをもつ5f状態とGaの4p状態との混成から生じることを明らかにし、実験で見出された巨大なスペクトル強度をよく説明した。
(3)CeB_6の四重極秩序相に対応する超格子点におけるX線散乱スペクトルを、Ce4f-Ce4f有効相互作用模型に基づく原子模型を用いて解析した。共鳴散乱とトムソン散乱の干渉効果の実験結果を、格子歪を仮定することなく自然に説明することができた(実験でも格子歪は観測されていない)。
2.非弾性散乱
(1)GeのK吸収端を用いた共鳴非弾性X線散乱(RIXS)スペクトルを第一原理計算に基づき解析し、バンドマッピングとの関係を明らかにするとともに、実験結果をよく再現した。
(2)La_2CuO_4におけるCuK吸収端におけるRIXSスペクトル解析を、d-p模型を用いて行った。反強磁性状態にハートレーフォック法と乱雑位相近似を組み合わせて適用し、終状態の運動量に依存してピークが動く等、実験結果をよく説明した。これにより、それまでの束縛励起子描像と違う描像が明らかになった。

Research Products

• [Publications] J.Igarashi: "Lattice Distortion and Resonant X-Ray Scattering in DyB_2C_2"J.Phys.Soc.Jpn. 72・5. 1279-1286 (2003)
• [Publications] M.takahashi: "X-Ray Magnetic Circular Dichroism at the K edge of Mn_3GaC"Physical Review B. 67. 245104(1)-245104(5) (2003)
• [Publications] T.Nagao: "Interference between Thomson Scattering and Resonant Scattering in X-Ray Diffraction from CeB_6"J.Phys.Soc.Jpn. 72・9. 2381-2384 (2003)
• [Publications] M.Usuda: "An Ab-Initio Calculation of Magnetic Resonant X-Ray Scattering Spectra in NiO"Physical Review B. 69. 014408(1)-014408(7) (2004)
• [Publications] Y.Nishikawa: "Resonant Inelastic X-Ray Scattering at the K Edge of Ge"J.Phys.Soc.Jpn.. (掲載予定). (2004)