2014 Fiscal Year Annual Research Report
多重項動的平均場を考慮したＸ線分光理論解析枠組の新規構築と強相関電子系への応用
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14J11952
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
播木 敦 大阪府立大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2016-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 光電子分光 / 動的平均場理論 / 遷移金属化合物 / 光物性 / 物性理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、3d遷移金属化合物などの強相関電子系に対する新たな微視的知見の獲得を目指し、近年の内殻Ｘ線分光実験で観測されているスペクトル微細構造の定量解析を可能とする理論枠組を構築する．この枠組は現実的な結晶構造のもとで動的平均場を考慮するもので、従来のスペクトル解析で用いられてきた不純物模型では考慮できなかった、物性に直結する結晶中の多電子状態を有効的に取り込んだ解析ができることが大きな特徴である．今年度は、(1) 新規枠組の構築を進め、(2) 遷移金属化合物の典型物質や応用寄りの物質を対象に内殻Ｘ線光電子分光 (XPS) の微細構造解析に行った．
(1) 3d系を中心とする物質群での定量的な解析を可能にするには、3d電子の軌道自由度をフルに考慮した上で不純物Anderson模型から自己エネルギーを高精度かつ効率良く計算する必要がある．そこで今年度は連続時間モンテカルロ法を用いた不純物Anderson模型の計算コードを開発し，3d系全般への適用を念頭に計算環境を整えた．
(2) 典型物質であるCoOなどのMO系や応用よりの幾つかの物質の解析に適用し、2pXPSのスペクトル微細構造が物性に直結する価電子帯情報を強く反映している事を示した．例えば、巨大磁気抵抗で知られるLa1-xSrxMnO3 (LSMO) のMn2pXPSでは、主ピーク微細構造の温度変化やキャリアドーピング依存性が注目されているが、本研究ではそれらスペクトルの特徴がLSMOの示す多彩な長距離秩序と密接な関係にあるスピン・軌道選択的な終状態遮蔽効果に起因することを示した．また、スピンクロスオーバー現象で知られるLaCoO3の解析ではCo2pXPSでスピン選択的な非局所遮蔽効果が生じる事を示し、Coスピン状態の転移を調べる良いモニターになり得ることを指摘した．本年度得られた成果に関する論文を現在執筆中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」にも述べたように3d系全般への適用を目指し、当初予定していなかった連続時間モンテカルロソルバーのコードを独自に組み上げ、計算環境を整えた．これにより、MO系などの典型物質の2pXPSスペクトル微細構造と電子状態の関連性について新たな知見を獲得をしつつ、２年目に予定していた幾つかの応用寄りの物質のスペクトル微細構造解析にも着手した．La1-xSrxMnO3をはじめとする物質の解析結果は、スペクトル微細構造と物性を特徴付ける価電子状態の密接な関連を示しており、またその背後には、当初の予想を大きく超える豊富な物理的内容が含まれていることがわかった．これにより、本研究で構築し新規枠組の有効性を強く再確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
3d系全般に対して適用可能となった新規枠組を用いて、2pXPSで広く報告されている特徴的な主ピーク微細構造解析を継続し、スペクトル微細構造と非自明な多体3dバンドとの関連性を微視的立場から系統的に明らかにする．並行して当初の予定通り、高分解能X線共鳴非弾性散乱（RIXS）など他の分光過程の解析を行い、枠組みの有効性を多角的に検証するとともに、選択則の異なる分光過程からの新たな知見の獲得を目指す．具体的には今年度までの解析で、2pXPSにおける非自明な3dバンド効果の影響を明らかにしたNiO, CoO, La1-xSrxMnO3などの物質を対象にL端RIXSの解析を行う．これらの物質ではクラスタ模型などの従来の理論枠組では説明できない微細構造の存在が知られており、本研究課題での解析で新たな知見が得られるものと期待される．
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