2011 Fiscal Year Research-status Report
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23540412
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
佐藤 仁 広島大学, 放射光科学研究センター, 准教授 (90243550)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沢田 正博 広島大学, 放射光科学研究センター, 准教授 (00335697)
田中 新 広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (70253052)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 金属絶縁体転移 / 擬一次元系 / バナジウム系 / 光電子分光 / 線二色性分光 / 共鳴散乱 |
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| Research Abstract |
BaVS3は、V4+(3d1)イオンがc軸に沿って鎖状に並んでいる擬一次元物質であり、室温以下で3段階の相転移を示す。室温から温度を下げると、TS=240 KでわずかにVイオン鎖がジグザグになり、六方晶から正方晶に構造相転移する。さらにTMI=70 Kで、2次の金属絶縁体転移(MIT)を示す(高温側:金属、低温側:絶縁体)。このとき磁性はCurie-Weiss的な振る舞いから磁気秩序のない状態に転移する。MITの起源については現在のところ定説はないが、電荷密度波不安定性、あるいは、Mott転移にもとづくモデルが提出されている。本研究の目的は、高分解能光電子分光、V 2p-3d軟X線吸収線二色性分光、V 2p-3d共鳴散乱により、BaVS3のV 3d状態について実験的知見を得、特にTMI=70KでのMITのシナリオを構築することである。得られた主な成果は、広島大学放射光科学研究センター(HiSOR)BL1で得られた偏光依存角度分解光電子分光(ARPES)の結果である。V 3d軌道はSイオンの作る結晶場によりa1g軌道、egp軌道、egs軌道の3つに分裂する。各Vイオンあたり1個の3d電子は、a1g軌道、egp軌道の両方に分布するといわれている。ARPESの結果でも両方の対称性をもつバンドがはっきりと観測された。さらに放射光の偏光依存性を利用することにより、a1g軌道、egp軌道を分離して観測することに成功した。その結果a1g軌道はTMIより上の150-120 Kでギャップを形成し、一方egp軌道は丁度TMIでギャップを形成することを明らかにした。また光学伝導度の理論計算を行い、絶縁体相でのV 3d軌道状態についての理論的知見を得た。V鎖方向にegp-egp-egp-a1gもしくはegp-egp-agp-a1gで占有されるのがエネルギー的に安定であると考えられる。
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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
当初の計画どおり偏光依存角度分解光電子分光を実施し、研究実績の概要に述べたような貴重な成果を得た。この成果は現在論文にまとめているところである。また予定していたV 2p-3d軟X線吸収線二色性分光も既に実施しており、理論解析を実施中である。また、V 2p-3d吸収領域下での軟X線散乱実験について検討した。他にも硬X線(hn=6 keV)光電子分光実験のdataも得られており、現在解析をすすめている。以上からおおむね順調に進展していると自己評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
絶縁体相において、TX=30 K以下で観測されるq=(0.226,0.226,0.015)の磁気散乱ピークについて、V 2p-3d吸収領域下での軟X線共鳴散乱実験を、KEK-PFで実施する予定である。多重項計算を用いた理論解析を行い、V 2p-3d軟X線吸収線二色性スペクトルともあわせて、絶縁体相におけるV 3d軌道状態を明らかにする。また直接金属絶縁体転移にアクセスできるS K吸収領域での散乱実験について検討を行う。研究実績の概要に述べた光電子分光実験は真空紫外領域のhn=57 eVで行った。このエネルギー領域は、光電子スペクトルが最も表面敏感になる領域であり、結果がバルク特有のものであるかどうか確認するために、バルク敏感になる硬X線(hn=6 KeV)、極紫外域(hn=7 eV)、および中間の軟X線領域(hn=800 eV)での測定が重要だと考えている。真空紫外領域でのフェルミ準位近傍の光電子スペクトルでは、TMIをはさんでほぼ連続的な温度変化しか観測されなかった。硬X線光電子分光は既に実験が終了しているが、TMIで不連続な変化が観測されている。今後極紫外域、軟X線領域での測定を検討している。極紫外域での測定はHiSOR、軟X線領域での測定はSPring-8で行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
放射光を用いた実験では、真空部品などの消耗品、試料をマウントする試料ホルダー、接着剤などが測定ごとに必要になってくる。また特に共鳴散乱実験は我が国ではスタートしたばかりなので、測定前に専門家との詳細な打ち合わせが必要である。KEK-PFおよびSPring-8での実験のために実験旅費が必要である。BaVS3単結晶育成のために、高純度金属および透明石英管などの消耗品が必要になる。これまで得られている成果を、2012年9月フランスで行われるICESS12(12th International Conference on Electron Spectroscopy and Structure)で報告する。また、日本放射光学会および日本物理学会での報告を予定している。
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[Journal Article] Polarization-dependent Ti K X-ray absorption and emission studies of Ti2O3 single crystal2011
Author(s)
H. Sato, H. Maso, Y. Utsumi, H. Kurihara, Y. Mukaegawa, Y. Tezuka, T. Iwazumi, F. Iga, M. Tsubota, H. Namatame, M. Taniguchi
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Journal Title
J. Elec. Spec. Relat. Phenom.
Volume: 184
Pages: 184-187
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Conduction-band electronic states of YbInCu4 studied by photoemission and soft x-ray absorption spectroscopies2011
Author(s)
Y. Utsumi, H. Sato, K. Hiraoka, K. Kojima, T. Ohkochi, S.-i. Fujimori, Y. Takeda, Y. Saitoh, K. Mimura, S. Ueda, K. Kobayashi, T. Oguchi, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi他5名
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 84
Pages: 115143/1-7
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 角度分解光電子分光によるBaVS3の電子状態の研究2011
Author(s)
佐藤仁, 飛松浩明, 田中新, 中村裕之, 林博和, 姜健, 羽渕隆文, 平山大裕, 岩澤英明, 島田賢也, 有田将司, 生天目博文, 谷口雅樹
Organizer
日本物理学会2011年秋季大会
Place of Presentation
富山大学
Year and Date
20110921-24
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[Presentation] Angle-resolved photoemission study on quasi-one-dimensional BaVS32011
Author(s)
H. Sato, K. Tobimatsu, A. Tanaka, H. Nakamura, H. Hayashi, J. Jiang, T. Habuchi, D. Hirayama, H. Iwasawa, K. Shimada, M. Arita, M. Nakatake, H. Namatame, M. Taniguchi
Organizer
SCES2011
Place of Presentation
Cambridge, UK
Year and Date
2011 – 92
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