2017 Fiscal Year Research-status Report
Seeking for the electronic-structure origin of the unusual spin states in trivalent Co oxides
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17K05502
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
齋藤 智彦 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 教授 (30311129)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 義彦 東京医科大学, 医学部, 講師 (60293122)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コバルト酸化物 / スピンクロスオーバー / 電子構造 / 光電子分光 / コンプトン散乱 / 低スピン / 高スピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、RCoO3（R=希土類）の電子構造を中心に研究展開をし、以下のような研究実績を得た。
(1) 硬X線光電子分光（HAXPES）測定による電子構造研究：ペロブスカイト型Co酸化物LaCoO3で見られる100 K及び500 K付近のスピンクロスオーバーのうち、100 Kのものに伴う電子構造の温度変化を、低温でのチャージングを防ぐ試料準備を行い、室温300 Kから十分基底状態に近い10 KまでHAXPES測定することに成功した。その結果、価電子帯、Co 2p内殻スペクトルはともに大きな温度変化を示し、その変化は定性的には低温低スピンから高温高スピン的な変化であると解釈した。
(2) コンプトン散乱を用いた電子運動量密度測定：(2a) LaCoO3の500 Kでの絶縁体-金属転移をともなうスピンクロスオーバー現象における電子軌道状態の対称性変化を明らかにするため、LaCoO3単結晶において、コンプトンプロファイルの結晶方位依存性を測定し、100 Kスピンクロスオーバーによるeg-t2g間電子移動が500Kスピン転移においてさらに生じていること、Co(3d)軌道状態がO(2p)と混成した分子軌道の特徴を持つこと、を明らかにした。(2b) 100 K-スピン転移を生じず、500K転移までそのCo3+が低スピン状態を維持するとされているPrCoO3の[100]方向のコンプトンプロファイルの温度依存性を5-300 Kの範囲で測定し、温度上昇に伴うPr-4f電子状態変化を示唆する結果を得た。
(3) 上記以外の関連するペロブスカイト型酸化物、特に多量体を組んでスピンシングレットとなるようなV酸化物についても比較測定を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
LaCoO3の100 Kのスピンクロスオーバーに伴う電子構造変化するためには、室温から10 K付近までの光電子分光測定が必要であるが、このような最低温までの温度変化測定は、これまでチャージングのために成功例が無かった。本研究はこれに挑戦するものであるが、今回試料準備を工夫し、HAXPESを用いて世界で初めて成功した。これは研究計画通りである。また、光電子分光が苦手な室温以上の500 Kのスピンクロスオーバーについては、コンプトン散乱測定が成功し、LaとPrの違いについて示唆が得られた。
以上の結果から、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、光電子分光測定については、室温では低スピンであるとされているR=Pr, Ndの室温以下の温度変化測定を実施する。またLaCoO3について、理論グループと協力してCo 2p内殻スペクトルのDMFTクラスターモデル計算のシミュレーションを実施し、中間スピンが必要であるのか否かの考察を実施する。
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| Causes of Carryover |
本研究計画で最も大きな支出は放射光施設のビームタイム利用料であり、計画では年間約90万円を計上している。しかし本年度は広島で開催された国際会議に予定より多くの学生が参加発表することができたために旅費が膨らみ、年度内予算の範囲内で利用料を支出することができなくなったため、大学校費で利用料を賄った。差額は次年度（H30年度）のビームタイム利用料に充て、研究計画をさらに推進する予定である。
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[Journal Article] Observation of a Pseudogap in the Vicinity of the Metal-Insulator Transition in the Perovskite-type Vanadium Oxides Nd1-xSrxVO32018
Author(s)
Shintaro Yamamoto, Daiki Ootsuki, Daiya Shimonaka, Daisuke Shibata, Kenjiro Kodera, Mario Okawa, Tomohiko Saitoh, Masafumi Horio, Atsushi Fujimori, Hiroshi Kumigashira, Kanta Ono, Eiji Ikenaga, Shigeki Miyasaka, Setsuko Tajima, and Teppei Yoshida
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 87
Pages: 024708-1--5
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Electronic properties of Ba1-xSrxV13O18 (x=0, 0.2, 1) studied using hard x-ray photoemission spectroscopy2017
Author(s)
S. Dash, M. Okawa, T. Kajita, T. Yoshino, R. Shimoyama, K. Takahashi, Y. Takahashi, R. Takayanagi, T. Saitoh, D. Ootsuki, T. Yoshida, E. Ikenaga, N. L. Saini, T. Katsufuji, and T. Mizokawa
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 95
Pages: 195116-1--7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Non-Fermi liquid behavior in the vicinity of metal to insulator transition in Nd1-xSrxVO3 probed by photoemission spectroscopy2017
Author(s)
D. Ootsuki, S. Yamamoto, D. Shimonaka, D. Shibata, K. Kodera, M. Okawa, T. Saitoh, M. Horio, A. Fujimori, H. Kumigashira, K. Ono, E. Ikenaga, S. Miyasaka, S. Tajima, and T. Yoshida
Organizer
International Workshop on Strong Correlations and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy 2017 (CORPES17)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Photo-induced transient electronic states of 2H-NbSe2 observed by time-resolved photemission spectroscopy2017
Author(s)
M. Watanabe, T. Suzuki, Y. Ogawa, T. Someya, S. Michimae, M. Fujisawa, T. Kanai, N. Ishii, J. Itatani, T. Saitoh, K. Okazaki, and S. Shin
Organizer
International Workshop on Strong Correlations and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy 2017 (CORPES17)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Polarization-emmission angle dependent hard x-ray photoemission study of thermoelectric Cu-based delafossite oxides2017
Author(s)
K. Takahashi, M. Okawa, A. Yasui, E. Ikenaga, T. Okuda, S. Ogata, M. Ota, N. Hamada, and T. Saitoh
Organizer
International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts, and Surfaces for Future Earth
Int'l Joint Research
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