光電子・逆光電子分光によるチタン酸化物単結晶のフィリング型金属絶縁体転移の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15540313
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 佐藤 仁 広島大学, 放射光科学研究センター, 助教授 (90243550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島田 賢也 広島大学, 放射光科学研究センター, 助教授 (10284225) ; 生天目 博文 広島大学, 放射光科学研究センター, 教授 (10218050) ; 谷口 雅樹 広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10126120) ; 伊賀 文俊 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助教授 (60192473)
• Keywords: Y1_<-X>CaxTiO3 / 金属-絶縁体転移 / ハバードバンド / 電子相関

Research Abstract

ペロブスカイト型構造をもつY_<1-X>Ca_xTiO_3は、xの値を変えることによって、Ti 3dバンドのフィリングを制御することができ、モット絶縁体YTiO_3(X=0)から金属相を経てバンド絶縁体CaTiO_3(x=1)に移行する。x=0.37は絶縁体、x=0.41は金属で、x=0.39では、約150Kで急峻な金属-絶縁体転移を起こす(高温側:絶縁体、低温側:金属)。本研究では、Y_<1-X>Ca_xTiO_3単結晶(x=0.39)を育成し、Ti 3p-3d共鳴逆光電子分光により、伝導帯におけるTi 3d部分状態密度、すなわち、電子相関で分裂した上部ハバードバンド(の名残り)を観測した。測定に際し、清浄試料表面はダイヤモンド・ファイルを用いたやすりがけにより得た。
共鳴スペクトルから非共鳴スペクトルを引くことにより、非占有Ti 3d部分状態密度を得ることに成功した。降温にしたがい、Ti 3dピークの強度が減少し、高エネルギー側にシフトする。同様に測定した光電子スペクトルには下部ハバードバンド(の名残り)が観測されるが、両者の差U_<eff>の値は、低温になるにしたがい、増加することが分かった。Ti 3d電子間の相互作用Uがほとんど原子内で決まっていることを考えると、このことは、低温でTi 3dのバンド幅が広くなったことを示している。
現在劈開装置の整備をすすめており、今後劈開表面に対して逆光電子スペクトルを測定する予定である。また、x=0.39をはさんで両側のx=0.37、x=0.41についても、光電子スペクトルも含めて、同様な測定を行う。

Research Products

• [Publications] H.Sato et al.: "Electronic structure of oxysulfide (LaO)CuS and (La_<1-x> Ca_xO)Cu_<1-x>Ni_xS studied by photoemission and inverse-photoemission spectroscopies"Physical Review B. 68・3. 035112/1-035112/8 (2003)
• [Publications] M.Koyama et al.: "Electronic structure of Cr_<1-δ>S (δ=0, 0.17) with NiAs-type crystal structure"Solid State Communication. 125・5. 243-246 (2003)
• [Publications] T.Tsurui et al.: "Raman scattering investigation of Y_<1-x>Ca_xTiO_3"Physical Review B. 69・2. 024102/1-024102/8 (2003)
• [Publications] M Tsubota et al.: "Hole-doping and pressure effects on the metal-insulator transition in single crystals of Y_<1-x>Ca_xTiO_3 (0.37<x<0.41)"Journal of the Physical Society of Japan. 72・12. 3182-3188 (2003)