2019 Fiscal Year Research-status Report
時間分解共鳴軟X線散乱によるフォノンとゆらぎのダイナミクスの研究
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18K03534
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田久保 耕 東京工業大学, 理学院, 特任助教 (30738365)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光誘起相転移ダイナミクス / スピン・軌道揺らぎ / 量子スピン軌道液体 / 共鳴軟X線散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強相関電子系物質の電子構造の光誘起ダイナミクス研究を目的として、放射光X線を用いた時間分解型の共鳴軟X線散乱測定や光学測定を行った。測定対象としては、Ba3CuSb2O9等の2次元系のフラストレーション化合物及びBaFe2(S,Se)3等の揺らぎの大きな1次元系の超伝導体を計画し、特にダイナミクスに現れるフォノンと揺らぎに着目した研究を行った。光照射・光誘起相転移に伴う構造と電子状態変化のダイナミクスを観測した。１００ピコ秒領域の広範な高速ダイナミクスの観測により、これらの物質の示すスピン液体状態や非従来型の超伝導などの量子現象と結合する集団的フォノンや軌道/磁性の秩序状態を時間軸および共鳴エネルギーで分離して観測した。
Ba3CuSb2O9の研究において、六方晶のBa3CuSb2O9は基底状態において酸素サイト側にホールが入った状態になっていることを発見した。酸素に入ったホールは銅サイトおよびアンチモンサイトに共有され、量子スピン軌道液体の発現と密接に関連していると想定される。このことは酸素K端のXASや可視の光学スペクトルにpre-edge構造が観測されることともよく対応する。
また、超伝導体BaFe2(S,Se)3においては、超伝導と電荷・磁気・軌道の秩序と揺らぎの共存/競合関係をX線吸収分光および共鳴軟X線散乱によって観測した。超伝導相から離れたCsFe2Se3においては、低温でQ=(1/2,0,1/2)の秩序ベクトルで表される反強磁性秩序の観測に成功した。この秩序には鉄サイトのd電子全体が寄与しているように思われる。一方で超伝導相に近いBaFe2S3においては、磁気秩序と軌道秩序に寄与する電子がエネルギー的に分離していることを発見した。
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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
時間分解共鳴軟X線散乱測定や光学測定を行い、Ba3CuSb2O9の電子状態は、酸素サイトに入ったホールが、銅およびアンチモンのサイトと共有される新奇な軌道・スピン状態であることを明らかにした。また、同サイトが持つ集団的フォノンを、光照射に伴って発現するコヒーレントフォノンとして直接的に可視化することにも成功した。
また超伝導体BaFe2(S,Se)3において、超伝導相と電荷・磁気・軌道の秩序の共存に関連性があることを見出した。おおむね想定通りのスケジュールで実験が進んでいる。計画としては順調であるが、ダイナミクスの詳細な測定には至っておらず、成果としてまとめていく為に、今後さらなる追加測定を計画する。
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| Strategy for Future Research Activity |
放射光施設を利用した時間分解共鳴軟X散乱実験は、おおむね研究計画通りに行われ、実験成果が得られている。
一方で研究代表者の本務先が移り、新たに大学の実験室内での可視領域の分光などの手法によるポンププローブ測定を行う体制が整った。特にフェムト秒領域の光誘起ダイナミクスを測定する電子線回折装置の立ち上げを同時に行った。今後、これらのフェムト秒領域の測定を時間分解共鳴軟X散乱実験に加えて相補的に行っていくことで、光誘起相転移ダイナミクスの研究を一層、推進させていく計画である。
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| Causes of Carryover |
本年度は研究代表者の本務先が移り、既存の装置を使用することで測定が順調に進み、新たに多くの物品を購入する必要性が乏しくなった。そのため次年度使用額が生じた。
次年度は可視領域のポンププローブ分光や電子線回折測定を新たに計画し、当初からの予定でもあった精密測定用電子機器や光学部品を追加購入する。そちらの物品費に未使用額を充当する。測定手法を組み合わせた研究を遂行することにより相補的に研究を推進する。
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Research Products
(2 results)
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[Presentation] 時間分解X線磁気円偏光２色性及び共鳴軟X線散乱による超高速磁気ダイナミクス観測2019
Author(s)
田久保耕, 山本航平, 横山優一, Y Zhang, 山神光平, 平田靖透, 関剛斎, 高梨弘毅, H Man, 中辻知, 和達大樹
Organizer
第29回日本MRS年次大会
