スピン軌道相互作用とヤンテラー効果が競合する遷移金属化合物の電子状態と光制御

• 研究課題/領域番号: 14J07601
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性II(実験)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 杉本 拓也 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 超伝導 / 軌道自由度 / 層状物質 / 鉄系超伝導体 / BiS2系超伝導体 / 光電子分光 / X線吸収分光 / EXAFS / 軌道縮退 / 電子ネマティック状態 / p電子系超伝導体 / 角度分解光電子分光

研究実績の概要

本年度も、昨年度に引き続き鉄系超伝導体 Fe(Se,Te)及び BiS2 系物質の研究を行った。
鉄系超伝導体 Fe(Se,Te)については、昨年度の分解光電子分光のデータの解釈のため、第一原理計算を行った。計算により、Fe 3d xy/yz の軌道分裂がスピン軌道相互作用由来である可能性がある事を発見した。また。電子相関が正方格子上での yz/zx 軌道の異方性や、スピン軌道相互作用による xy±iyz タイプのスピン揺らぎを引き起こしている可能性を見出した。
一方で、BiS2 系物質については、混合原子価を有する EuFBiS2、CeOBiS2 について角度分解光電子分光実験を行った。EuFBiS2 については、高エネ研 PF の BL-28A にて、Eu 4d-4f の共鳴実験を行いEuの原子価状態を特定した。イタリアの Elettra 放射光施設の Spectromicroscopyビームラインにて、位置分解光電子分光を 行ったところ、金属相と絶縁相を単一の結晶から観測し、電子状態が空間的に相分離している事を発見した。 第一原理計算を用いて金属相絶縁相それぞれにおけるバンド構造や価 電子帯の光電子分光スペクトルを再現する事に成功した。同様に、CeOBiS2 系にも Spectromicroscopyビームラインにて位置分解 角度分解光電子分光実験を行った。そして、EuFBiS2 と同様に、金属相と絶縁相が共存している事がわかった。 しかし、EuFBiS2 との大きな相違は、系の一様な部位に金属相と絶縁相が出ているか否かである。EuFBiS2 は、 一様な劈開面上に金属相と絶縁相が存在しているのに対し、CeOBiS2 では、一様な劈開面上は絶縁相であるが、 一様でない部分に金属相が出現した。これは、CeOBiS2 が EuFBiS2 よりも小さい local atomic disorderを有する事に起因すると考えられ、ステップ等が出現する際に一 様な部位よりわずかな大きな圧力がかかり、一様な部位と異なる局所構造が誘起されたと推測できる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electronic structure of self-doped layered Eu3F4Bi2S4 material revealed by x-ray absorption spectroscopy and photoelectron spectromicroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Paris, T. Sugimoto, T. Wakita, A. Barinov, K. Terashima, V. Kandyba, O. Proux, J. Kajitani, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, T. Yokoya, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 号: 3 ページ: 035152-035152
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.035152
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Localized and mixed valence state of Ce 4f in superconducting and ferromagnetic CeO1-xFxBiS2 revealed by x-ray absorption and photoemission spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sugimoto, D. Ootsuki, E. Paris, A. Iadecola, M. Salome, E. F. Schwier, H. Iwasawa, K. Shimada, T. Asano, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, N. L. Saini, and T. Mizokawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 号: 8 ページ: 081106-081106
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.081106
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The effect of RE substitution in layered REO0.5F0.5BiS2: chemical pressure, local disorder and superconductivity (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, E. Paris, T. Sugimoto, A. Iadecola, J. Kajitani, O. Miura, T. Mizokawa and N. L. Saini
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 34 ページ: 22090-22096
  • DOI: 10.1039/c5cp03750f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structure of Li1+ x [Mn0.5Ni0.5]1－ x O2 studied by photoemission and x-ray absorption spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yokoyama, D. Ootsuki, T. Sugimoto, H. Wadati, J. Okabayashi, Xu Yang, Fei Du, Gang Chen, and T. Mizokawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 3 ページ: 033903-1
  • DOI: 10.1063/1.4927239
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fermi surfaces and orbital polarization in superconducting CeO0.5F0.5BiS2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sugimoto, D. Ootsuki, C. Morice, E. Artacho, S. S. Saxena, E. F. Schwier, M. Zheng, Y. Kojima, H. Iwasawa, K. Shimada, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Takahashi, N. L. Saini, T. Asano, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, and T. Mizokawa
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 92 号: 4 ページ: 041113-041113
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.041113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anderson’s impurity-model analysis on CeO1－xFxBiS2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuya Sugimoto, Boby Joseph, Eugenio Paris, Antonella Iadecola, Satoshi Demura, Yoshikazu Mizuguchi, Yoshihiko Takano, Takashi Mizokawa, and Naurang L. Saini
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 592 ページ: 012073-012073
  • DOI: 10.1088/1742-6596/592/1/012073
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Role of the Ce valence in the coexistence of superconductivity and ferromagnetism of CeO1－xFxBiS2 revealed by Ce L3-edge x-ray absorption spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sugimoto, B. Joseph, E. Paris, A. Iadecola, T. Mizokawa, S. Demura, Y. Mizuguchi, Y. Takano, and N. L. Saini
  • 雑誌名: Physical Review B Rapid Communications 巻: 89 号: 20 ページ: 201117-201117
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.201117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of local atomic displacements in CeO1－xFxBiS2 system (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Paris, B. Joseph, A. Iadecola, T. Sugimoto, L. Olivi, S. Demura, Y. Mizuguchi, Y. Takano, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 26 号: 43 ページ: 435701-435701
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/43/435701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Role of the local structure and electronic states in superconductivity of BiS2-based materials (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sugimoto
  • 学会等名: European Material Research Society Fall meeting 2016
  • 発表場所: Politechnika Warszawska, Warsaw, Poland.
  • 年月日: 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic structure of Ce(O,F)BiS2 revealed by x-ray absorption, resonance photoemission, and angle-resolved photoesmission spectroscopies (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉本拓也
  • 学会等名: TMU International Symposium on “New Quantum Phases Emerging from Novel Crystal Structure”
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • 年月日: 2015-09-24
  • 国際学会
• [学会発表] Fermi surfaces and orbital polarization of CeO0.5F0.5BiS2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉本拓也
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] T. Sugimoto, D. Ootsuki, K. Sawada, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Horio, K. Horiba, M. Kobayashi, K. Ono, H. Kumigashira, T. Inabe, T. Noji, Y. Koike, N. L. Saini, and T. Mizokawa (2015)
  • 著者名/発表者名: Coexistence of nematic and non-nematic states in Fe(Se,Te) system revealed by ARPES
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、東京都
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] BiS2系超伝導体における局所構造変化と超伝導発現 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水口佳一，Eugenio Paris，杉本拓也，梶谷丈，三浦章，溝川貴司，Naurang L. Saini，三浦大介
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学、東京都
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] X-ray absorption spectroscopy and Anderson’s impurity-model calculation on CeO1-xFxBiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sugimoto, B. Joseph, E. Paris, A. Iadecola, T. Mizokawa, S. Demura, Y. Mizuguchi, Y. Takano, and N. L. Saini
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 中部大学、愛知県
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Ce valence fluctuation in CeO1－xFxBiS2 superconductor studied by x-ray absorption spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sugimoto, B. Joseph, E. Paris, A. Iadecola, S. Demura, Y. Mizuguchi, Y. Takano, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11