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

2013 Fiscal Year Annual Research 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: 希土類強相関電子系 / 光電子分光 / 硬X線 / 偏光 / 結晶場分裂 / 波動関数

Research Abstract

H25年度において、本研究課題で当初目標の一つに掲げていた２枚の偏光移相子使用による光電子分光用高輝度硬X線の高効率偏光変換を達成した。昨年度まで１枚の偏光移相子による水平－垂直直線偏光切り替えでは透過率が最大で35%、切替え後の直線偏光度PLは最も良くて-0.94 (-1が最も良い)だったものが２枚使用により透過率50%かつ直線偏光度PL= -0.96を達成した。これにより殆ど多くの偏光制御硬X線光電子スペクトル測定において僅かに残っていた水平直線成分による寄与を差し引く必要がなくなり、より精密な実験が遂行可能になった。
以上のような技術開発の後、直線偏光硬X線光電子分光を価電子帯スペクトルのみならず強相関内殻スペクトルにも適用したところ、予想もしない結果を得た。YbCu2Si2は元々電子・磁気状態の異方性の強いことが知られていたが、この単結晶に対してYb 3d内殻光電子分光を行ったところ、終状態多重項分裂で複数のピーク構造が生じるYb3+成分の内殻スペクトルに顕著な線二色性が観測された。これはYb 4fホールの対称性が結晶場分裂によって球対称からズレていることが原因であるが、多重項を全て取り入れた上で結晶場分裂を考慮したイオンモデルによってスペクトル解析を行うことで4fホールの波動関数がかなりの精度で決定できることが判明した。この線二色性は偏光の変化だけではなく光電子放出角度を変えた測定を行うと線二色性が変化し、従来の吸収分光では理論的に不可能だった同じ磁気量子数に属する異なる軌道をも判別できることが分かり、本課題で開発した実験手法が中性子散乱や帯磁率から推測する基底状態対称性決定以上に正確で相補的な新たな手段となることが分かった。

Research Products

• [Journal Article] Different evolution of the intrinsic gap in strongly correlated SmB6 in contrast to YbB12 (2013)
  • Author(s): J. Yamaguchi, A. Sekiyama, M. Y. Kimura, H. Sugiyama, Y. Tomida, G. Funabashi, S. Komori, T. Balashov, W. Wulfhekel, T. Ito, S. Kimura, A. Higashiya, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, S. Yeo, S.-I. Lee, F. Iga, T. Takabatake and S. Suga
  • Journal Title: New J. Phys. Volume: 15 Pages: 043042-1-12
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/4/043042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intrinsic correlated electronic structure of CrO2 revealed by hard x-ray photoemission spectroscopy (2013)
  • Author(s): M. Sperlich, C. König, G. Güntherodt, A. Sekiyama, G. Funabashi, M. Tsunekawa, S. Imada, A. Shigemoto, K. Okada, A. Higashiya, M. Yabashi, K. Tamasaku, T. Ishikawa, V. Renken, T. Allmers, M. Donath and S. Suga
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 87 Pages: 235138-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.235138
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ce electronic states in Nd0.45-xCexSr0.55MnO3 probed by x-ray absorption spectroscopy and photoemission (2013)
  • Author(s): T. Shirai, S. Imada, A. Higashiya, A. Sekiyama, S. Suga, T. Muro, Y. Tanaka, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, S. Miyasaka and Y. Tokura
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter Volume: 25 Pages: 415601-1-6
  • DOI: 10.1088/0953-8984/25/41/415601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polarization-dependent hard X-ray photoemission spectroscopy of solids (2013)
  • Author(s): A. Sekiyama, A. Higashiya and S. Imada
  • Journal Title: J. Electron Spectr. Relat. Phenom. Volume: 190 Pages: 201-204
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2013.08.008
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 直線偏光依存硬X線光電子分光による正方晶YbRh2Si2の基底状態の決定 (2014)
  • Author(s): 森健雄，北山賢，金井惟奈，内免翔，松本大樹，藤原秀紀，木須孝幸，今田真，東谷篤志，玉作賢治，矢橋牧名，石川哲也，海老原孝雄，大貫惇睦，田中新，菅滋正，関山明
  • Organizer: 日本物理学会 第６９回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 直線偏光依存硬X線光電子分光による正方晶YbCu2Si2の基底状態の決定 (2014)
  • Author(s): 森健雄、松本大樹、北山賢、渕本寛人、藤原秀紀、木須孝幸、 今田真、東谷篤志、玉作賢治、矢橋牧名、石川哲也、海老原孝雄、 大貫惇睦、田中新、菅滋正、関山明
  • Organizer: 日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム(JSR14)
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 20140111-20140113
• [Presentation] Present status of polarization-dependent hard x-ray photoemission spectroscopy of strongly correlated electron systems by using a highly focused beam in SPring-8 (2013)
  • Author(s): A. Sekiyama
  • Organizer: NSRRC Annual Users' Meeting and 20th Anniversary of Operation
  • Place of Presentation: Hsinchu, Taiwan
  • Year and Date: 20130904-20130905
  • Invited
• [Presentation] Valence-fluctuating nature in YbRh2Si2 probed by photoemission (2013)
  • Author(s): A. Sekiyama, S. Kitayama, H. Fujiwara, A. Higashiya, T. Kiss, S. Suga, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, T. Ebihara
  • Organizer: SCES2013
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 20130805-20130809
• [Presentation] Present status of polarization-dependent HAXPES at BL19LXU in SPring-8 and HAXPES study of Yb-based strongly correlated electron systems (2013)
  • Author(s): A. Sekiyama, A. Higashiya, S. Kitayama, H. Fujiwara, S. Imada, S. Suga, K. Tamasaku, M. Yabashi and T. Ishikawa
  • Organizer: 5th International conference on hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES2013)
  • Place of Presentation: Uppsala, Sweden
  • Year and Date: 20130617-20130620