2020 Fiscal Year Annual Research Report
コンプトン散乱と角度分解光電子分光の相補利用で検証する銅酸化物のフェルミ面
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20H01856
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
山瀬 博之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主幹研究員 (10342867)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 鉄平 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (10376600)
櫻井 吉晴 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 放射光利用研究基盤センター, 副センター長 (90205815)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | フェルミ面 / 電子ネマチック液晶 / コンプトン散乱 / 角度分解光電子分光 / 銅酸化物高温超伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
8％ドーピングのLa2-xSrxCuO4の試料（x=0.08）に対して室温と150Kでコンプトン散乱実験を行い、電子運動量分布を測定した。その結果、電子の運動が方向指向性を持つという電子ネマチック液晶状態が各CuO2面で実現し、フェルミ面がxまたはy方向に著しく歪んでいる可能性が判明した。ただし、電子の持つ方向指向性は隣り合うCuO2面間でお互いに90度異なるため、すべてのCuO2面の効果を含めたバルクの状態では、電子ネマチック液晶の効果が見かけ上見えないという特異な電子状態である。8％ドーピングでは、200K以下で擬ギャップが形成されるが、150Kのデータは非常に大きな電子ネマチック相関が擬ギャップ相内でも存在していることを示唆していた。興味深いことに、電子ネマチック液晶状態では、擬ギャップの効果が最大になる波数領域で運動量分布が増強される、という直観とは相反する状態が実現していることも分かった。電子ネマチック液晶状態のドーピング依存性を調べるために、室温において15％と30％ドーピングの試料で得られた運動量分布の解析も行った。その結果、電子ネマチック液晶の相関は、ドーピング量を大きくすると低下して、30%ではほほゼロになることが分かった。これらの一連の成果を論文としてまとめた。
電子ネマチック揺らぎは波数ゼロ近傍の電荷揺らぎの一つであるが、その波数領域で共鳴非弾性X線散乱による電荷揺らぎの測定が行われた。t-J模型を用いた理論的考察を行った結果、実験データは層状構造物質特有の音響的なプラズモン励起として良く理解出来ることが分かった。また、電子ネマチック液晶が現れる鉄系高温超伝導体の超伝導機構の解析も行った。電子ネマチック揺らぎと違って、スピン揺らぎは超伝導不安定性を抑制する効果があることが判明した。
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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
コンプトン散乱で得られた成果を論文としてまとめただけでなく、その過程で電子相関効果と温度効果を分離することが解析上重要になることを新たに見出した。さらに、当初の計画には含まれていなかった15％と30％ドーピングの試料に対する解析も行った。コンプトン散乱実験結果は、角度分解光電子分光の結果とは異なるものの生データとは矛盾しない、つまりデータ解釈の違いに起因する相違であると考えられる点も明らかにした。理論研究では、銅酸化物の電子ネマチック揺らぎそのものの解析を行うことができなかったが、関連する銅酸化物の電荷揺らぎの理論および電子ネマチック液晶が実現する鉄系超伝導体の超伝導機構に関する理論を展開した。本プロジェクト全体を総合的に見れば、概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
コンプトン散乱実験に関しては、電子相関効果と温度効果を分離して解析することの重要性が浮上した。そこで、電子相関効果が弱いと信じられている30%ドーピングの試料を用いて、低温で運動量分布のデータを取得する。すでに取得済みである室温のデータと比較することで温度効果を明確にする。その知見を電子相関効果が顕著である8%ドーピングの研究にフィードバックする。
角度分解光電子分光の結果の解釈には曖昧さが残っており、出版済みのデータを再検討する限りコンプトン散乱実験で得られた運動量分布とは矛盾しないことを確認した。そこで、より曖昧さがなくデータ解釈を行うために、光と電子との相互作用に伴う行列要素の効果を低減させることを狙って円偏光を用いた実験を実施する。
電子ネマチック揺らぎは波数ゼロ近傍の電荷揺らぎの一つであるが、その波数領域で共鳴非弾性X線散乱による電荷揺らぎの測定が行われている。そこで、プラズモンや電子ネマチック揺らぎを含めた、より一般的な観点からの銅酸化物の電荷揺らぎの解析を行う。さらに、それらの揺らぎによる電子自己エネルギーを明らかにすることを目指す。その結果は、コンプトン散乱実験だけでなく、角度分解光電子分光実験の結果をより正確に理解する上でも役立つ。
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