2013 Fiscal Year Annual Research Report
スピン軌道相互作用誘起モット絶縁体の物性解明と超伝導化
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24740245
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
岡部 博孝 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (20406838)
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| Keywords | スピン軌道相互作用 / モット絶縁体 / イリジウム酸化物 / 超伝導 / 高圧 / 光電子分光法 / X線吸収分光法 / 共鳴非弾性X線散乱法 |
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| Research Abstract |
本年度はスピン軌道相互作用誘起モット絶縁体Ba2IrO4の単結晶を用いた精密な電子状態解析と高圧下物性測定、および多結晶を用いた圧力とキャリアドーピング効果の検証を行った。
高純度単結晶を用いた軟X線吸収分光法（XAS）および共鳴非弾性X線散乱法（RIXS）により、Ba2IrO4では各電子軌道（xy, yz, zx）の電子占有率がほぼ等しいことが分かった。これはIrO6八面体の正方晶歪みによる結晶場分裂エネルギーΔが、スピン軌道相互作用によって緩和され（3 eV → 0.05 eV）、Ba2IrO4の基底状態がほぼ理想的なモデル（Δ = 0）に近いことを示唆している。一方、硬X線光電子分光法（HAXPES）および極低エネルギー光電子分光法（ELEPES）により、Ba2IrO4はモット型よりもスレーター型絶縁体に近いが、反強磁性転移温度以上でも電子相関の寄与による異常金属状態を示すことが分かった。これら研究を通して、スピン軌道相互作用誘起モット絶縁体の物性解明に一歩前進したと考えらえる。
もう一つの目標である超伝導化は達成できなかったが、ダイヤモンドアンビルを用いた超高圧下単結晶電気抵抗測定により、金属絶縁体転移圧力がキュービックアンビルによる多結晶の測定結果よりも大幅に高圧側にシフトすることが分かった。これはBa2IrO4が圧力の異方性（静水圧性）による影響を強く受けることを意味している。また、圧力とキャリアドーピングを組み合わせた研究により、圧力が電子ドーピング領域において、金属化（超伝導化）に必ずしも有効に働かないことを見出した。
本研究を通してスピン軌道相互作用誘起モット絶縁体の物性解明はだいぶ進展したが、超伝導化に関する課題は依然として残っており、今後も研究を継続することが望ましい。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] The electronic structure of the high-symmetry perovskite iridate Ba2IrO42014
Author(s)
S. Moser, L. Moreschini, A. Ebrahimi, B. Dalla Piazza, M. Isobe, H. Okabe, J. Akimitsu, V. V. Mazurenko, K. S. Kim, A. Bostwick, E. Rotenberg, J. Chang, H. M. Rønnow, M. Grioni
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Journal Title
New J. Phys.
Volume: 16
Pages: 013008/1-13
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Orbital occupancies and the putative jeff = 1/2 ground state in Ba2IrO4: A combined oxygen K-edge XAS and RIXS study2014
Author(s)
M. Moretti Sala, M. Rossi, S. Boseggia, J. Akimitsu, N. B. Brookes, M. Isobe, M. Minola, H. Okabe, H. M. Rønnow, L. Simonelli, D. F. McMorrow, and G. Monaco
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 89
Pages: 121101(R)/1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Bulk nature of layered perovskite iridates beyond the Mott scenario: An approach from a bulk-sensitive photoemission study2014
Author(s)
A. Yamasaki, S. Tachibana, H. Fujiwara, A. Higashiya, A. Irizawa, O. Kirilmaz, F. Pfaff, P. Scheiderer, J. Gabel, M. Sing, T. Muro, M. Yabashi, K. Tamasaku, H. Sato, H. Namatame, M. Taniguchi, A. Hloskovskyy, H. Yoshida, H. Okabe, M. Isobe, J. Akimitsu, W. Drube, R. Claessen, T. Ishikawa, S. Imada, A. Sekiyama, S. Suga
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 89
Pages: 121111(R)/1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Doping effect on the Jeff = 1/2 Mott insulator Ba2IrO42013
Author(s)
H. Okabe, M. Isobe, E. Muromachi, N. Takeshita, A. Koda, M. Hiraishi, Masatoshi, M. Miyazaki, R. Kadono, Y. Miyake, J. Akimitsu
Organizer
International Workshop on Novel Superconductors and Super Material
Place of Presentation
品川グランドセントラルタワー
Year and Date
20131121-22
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