偏光制御硬Ｘ線光電子分光による強相関フェルミ面形成に関与する軌道観測手法の開発

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23654121
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 関山 明 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40294160)
• Keywords: 光電子分光 / 偏光 / 線二色性 / フェルミオロジー / 強相関電子系 / 放射光X線

Research Abstract

本研究課題では、H24年度は完全水平／垂直直線偏光切替えを目指した偏光度向上を行った。まず従来は垂直直線偏光に変換する際、100%垂直成分の光を得ることは難しく高くても93％程度の垂直偏光成分をもつ硬X線励起光だったものが、エネルギー分解能向上によって97%にまで上昇し、100%により近づいた。さらには集光系を改良し、硬X線光電子分光の際に試料上でのスポットサイズを25µm×25µmと従来よりも１桁小さくすることに成功した。これにより光電子強度も１桁近く増大した。
YbCu2Ge2の偏光制御硬X線光電子分光を行い、フェルミ準位近傍の軌道分解別電子構造を解明した。Yb 4f成分はフェルミ準位近くに分布するものの実効的な混成が非常に強いため近藤ピークはフェルミ準位から0.1eV離れた占有側に立ち、フェルミ準位での4f部分状態密度は高くないことが分かった。さらにはこの系は従来言われていたYb2+系ではなく、強く価数揺動した状態にあることが分かった。
YbRh2Si2については、主として内殻光電子分光から電子状態を解明した。300 Kにおいてはこの物質のYb価数は2.95+程度と従来他の実験から報告されていた値と矛盾しないものの、温度降下に伴って価数は減少し14 Kにおいては価数が2.9以下となり、発見当初想定されていたYb3+系ではなく明らかにこの系も価数揺動物質であることが判明した。この結果は、より低温で観測されるYbRh2Si2の量子臨界現象が価数ゆらぎに起因していることを示唆する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

H24年度には本研究課題で目的達成の為に必要な偏光制御硬X線微小集光を達成し、偏光度も上昇した上でいくつかの強相関電子系に対して意味のある実験結果を集積しつつあることからも概ね順調に進展している、と判断できる。

Strategy for Future Research Activity

今後は偏光度をより高めると共に、高分解能測定に着手する。本課題期間中にチャンネルカットを回折性能のよい状態に改造できたため、強度と分解能を両立した測定が期待できる。これらの実験は高輝度かつ偏光特性に優れたシンクロトロン放射光利用が不可欠であるため、従来より本研究組織が実験遂行しているSPring-8 BL19LXUで引き続き進めて行く。
また、偏光制御硬X線光電子分光の高分解能測定を強相関電子系に対して行い、本実験手法を本当に実用にたる新たなフェルミオロジー手法として展開する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

本研究課題における重要な実験はシンクロトロン放射光施設SPring-8で行うことから、研究費の一定部分は研究代表者・連携研究者・研究協力者たる研究室大学院生の実験旅費に用いる。また、硬X線制御技術確立のため安価といえる光学部品や光電子分光装置まわりの改善にかかる費用も本研究費で手当する。

Research Products

• [Journal Article] Soft- and Hard-X-ray Photoemission Spectroscopy of La2-2xSr1+2xMn2O7 (2012)
  • Author(s): H. Fujiwara, A. Sekiyama, H. Sugiyama, G. Funabashi, T. Muro, A. Higashiya, M. Yabashi, K. Tamasaku, T. Ishikawa, S. Miyasaka, H. Nakamura, T. Kimura, Y. Tokura and S. Suga
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Suppl. B Volume: 81 Pages: SB069-1-5
  • DOI: 10.1143/JPSJS.81SB.SB069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photon Energy Dependent Hard X-Ray Photoemission Spectroscopy of YbCu2Si2 (2012)
  • Author(s): S. Kitayama et al.
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Suppl. B Volume: 81 Pages: SB055-1-4
  • DOI: 10.1143/JPSJS.81SB.SB055
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoemission spectroscopy and the unusual robust one-dimensional physics of lithium purple bronze (2012)
  • Author(s): L. Dudy, J. D. Denlinger, J. W. Allen, F. Wang, J. He, D. Hitchcock, A. Sekiyama and S. Suga
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter Volume: 25 Pages: 014007-1-11
  • DOI: 10.1088/0953-8984/25/1/014007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recoil effects for valence and core photoelectrons in V3Si (2012)
  • Author(s): S. Suga, S. Itoda, A. Sekiyama, H. Fujiwara, S. Komori, S. Imada, M. Yabashi, K. Tamasaku, A. Higashiya, T. Ishikawa, M. Shang and T. Fujikawa
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 86 Pages: 035146-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.035146
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microscopic and spectroscopic studies of light-induced magnetization switching of GdFeCo facilitated by photoemission electron microscopy (PEEM) (2012)
  • Author(s): T. Ohkochi et al.
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 51 Pages: 073001
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.073001
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CeFe2の軟X線角度分解光電子分光による4f及び非4f電子構造観測 (2013)
  • Author(s): 渕本寛人，池田真司，福島和亮，森健雄，山口貴司，藤原秀紀，木須孝幸，保井晃，斎藤祐児，山上浩志，海老原孝雄，関山明
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 20130326-20130329
• [Presentation] 異方的磁性転移を示すCeAgSb2の軟X線ARPES (2013)
  • Author(s): 山口貴司，池田真司，畠山千佳，渕本寛人，森健雄，藤原秀紀，木須孝幸，保井晃，斉藤祐児，海老原孝雄，関山明
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 20130326-20130329
• [Presentation] YbCu2Ge2の硬X線光電子分光でみるYb 4f電子遍歴性の起源 (2013)
  • Author(s): 関山明，北山賢，藤原秀紀，山口淳一，木村雅仁，桑原豪，東谷篤志，菅滋正，今田真，玉作賢治，矢橋牧名，石川哲也，室隆桂之，海老原孝雄，大貫惇睦
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 20130326-20130329
• [Presentation] 重い電子系化合物CeNi2Ge2の軟X線角度分解光電子分光 (2013)
  • Author(s): 森健雄，木須孝幸，藤原秀紀，池田真司，西谷嘉人，渕本寛人，山口貴司，保井晃，斉藤裕児，海老原孝雄，関山明
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 20130326-20130329
• [Presentation] Origin of the 4f valence-fluctuating nature in YbCu2Ge2 probed by hard x-ray photoemission spectroscopy (2013)
  • Author(s): Akira Sekiyama et al.
  • Organizer: The 13th Japan-Korea-Taiwan Symposium on Strongly Correlated Electron Systems
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 20130115-20130117
• [Presentation] 軟 X 線角度分解光電子分光による重い電子化合物 CeNi2Ge2の電子構造 (2013)
  • Author(s): 森健雄，木須孝幸，藤原秀紀，池田真司，西谷嘉人，渕本寛人，山口貴司，保井晃，斉藤裕児，海老原孝雄，関山明
  • Organizer: 第26回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム(JSR13)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 20130112-20130114
• [Presentation] 準二次元のフェルミ面を持つCeAgSb2の軟X線ARPES (2013)
  • Author(s): 山口貴司，池田真司，畠山千佳，渕本寛人，森健雄，藤原秀紀，木須孝幸，保井晃，斉藤祐児，海老原孝雄，関山明
  • Organizer: 第26回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム(JSR13)
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 20130112-20130114
• [Presentation] 遍歴性の強いCeFe2の高分解能Ce 3d-4f共鳴角度分解光電子分光 (2012)
  • Author(s): 渕本寛人，池田真司，福島和亮，森健雄，山口貴司，藤原秀紀，木須孝幸，保井晃，斎藤祐児，山上浩志，海老原孝雄，関山明
  • Organizer: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 20120918-20120921
• [Presentation] Soft X-ray ARPES and Hard X-ray Photoemission Study of 4f-Based Heavy Fermion Systems with the 122-Structure (2012)
  • Author(s): A. Sekiyama
  • Organizer: The fourth International Workshop on the Dual Nature of f-Electrons
  • Place of Presentation: 姫路
  • Year and Date: 20120704-06
  • Invited
• [Book] Photoelectron Spectroscopy: Bulk and Surface Electronic Structures (2013)
  • Author(s): Shigemasa Suga and Akira Sekiyama
  • Total Pages: 340
  • Publisher: Springer