Photo-induced dynamics of transition-metal chalcogenide revealed by the time-resolved resonant scattering

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K20997
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 田久保 耕 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (30738365)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 強相関電子系 / 遷移金属化合物の電子構造 / 光誘起相転移 / 共鳴軟X線散乱

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、非従来型の超伝導やトポロジカルな電子物性などの新奇量子現象を示す遷移金属カルコゲナイドの電子状態を、放射光光源を利用した時間分解型の共鳴軟X線散乱(RSXS)及びX線円偏光磁気二色性(XMCD)という新手法によって、ダイナミクスの観点から解明することが目的である。昨年度の研究で、時間分解RSXS及びXMCD測定装置およびその測定システムが完成した。
本年度の研究では、同装置を利用して鉄カルコゲナイドAFe2X3の基底状態のRSXSおよび
時間分解RSXSを測定した。Fe内殻L吸収端を用いた基底状態のRSXS測定では、超伝導体から遠いCsFe2Se3においては低温で磁気秩序によるRSXSが観察されるが、超伝導に近いBaFe2S3においては磁気秩序とともに軌道秩序と関連するRSXSが観察された。BaFe2S3においては磁気秩序と軌道秩序は共存し、同じ回折ベクトルで示されるが、エネルギーと偏光の両面でRSXS信号が分離できること及び両者が異なる温度依存性を示すことを明らかにした。
また時間分解RSXS測定によりCsFe2Se3の超高速の光誘起相転移ダイナミクスの観測に成功した。フェムト秒レーザー照射後50ピコ秒以内にFeサイトで光誘起の消磁(相転移)が生じる様子を観測した。また、ダイナミクスは強い励起光強度依存性を示し、比較的弱い励起強度(1mJ/cm2以下)の場合は、100ピコ秒程度の緩和時間で磁化が回復していくが、強い照射強度の場合(3mJ/cm2程度)は、緩和に数ナノ秒以上の時間がかかることが明らかとなった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Canadian Light Source Inc.(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: Canadian Light Source Inc.
• [Journal Article] Orbital order and fluctuations in the two-leg ladder materials BaFe2X3 (X=S and Se) and CsFe2Se3 (2017)
  • Author(s): Takubo Kou、Yokoyama Yuichi、Wadati Hiroki、Iwasaki Shun、Mizokawa Takashi、Boyko Teak、Sutarto Ronny、He Feizhou、Hashizume Kazuki、Imaizumi Satoshi、Aoyama Takuya、Imai Yoshinori、Ohgushi Kenya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Pages: 115157-1-7
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.115157
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Capturing ultrafast magnetic dynamics by time-resolved soft x-ray magnetic circular dichroism (2017)
  • Author(s): Takubo Kou、Yamamoto Kohei、Hirata Yasuyuki、Yokoyama Yuichi、Kubota Yuya、Yamamoto Shingo、Yamamoto Susumu、Matsuda Iwao、Shin Shik、Seki Takeshi、Takanashi Koki、Wadati Hiroki
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 110 Pages: 162401-1-5
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.4981769
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 梯子型超伝導体AFe2X3(A=Ba,Cs,X=S,Se)の共鳴軟X線散乱 (2018)
  • Author(s): 田久保耕,山本航平,横山優一,平田靖透,和達大樹,岩崎駿,溝川貴司,Teak Boyko,Ronny Sutarto,Feizoh He,今泉聖司,青山拓也,橋詰和樹,今井良宗,大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 梯子型超伝導体BaFe2S3の 共鳴軟X線散乱 (2018)
  • Author(s): 田久保耕,山本航平,横山優一,平田靖透,和達大樹,岩崎駿,溝川貴司,Teak Boyko, Ronny Sutarto, Feizoh He, 今泉聖司, 青山拓也, 橋詰和樹, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 第31回日本放射光学会年会
• [Presentation] AFe2X3(A=Ba,Cs,X=S,Se)の電子構造II (2017)
  • Author(s): 田久保耕,横山優一,和達大樹,岩崎駿,溝川貴司,Teak Boyko,Ronny Sutarto,Feizoh He,今泉聖司,青山拓也,橋詰和樹,今井良宗,大串研也
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会