放射光X線共鳴非弾性散乱による銅酸化物高温超伝導体の電荷ダイナミクス

• 研究課題/領域番号: 18740220
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 石井 賢司 日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (40343933)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2007年度: 200千円 (直接経費: 200千円); 2006年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
• キーワード: X線散乱 / 非弾性散乱 / 超伝導 / 電荷秩序 / 強相関電子系 / 電荷励起 / 放射線、X線、粒子線 / 超伝導材料・素子 / 物性実験

研究概要

SPring-8からの高輝度放射光を用いた共鳴非弾性X線散乱(Resonant Inelastic X-ray Scattering,RIXS)という新しい分光法により、高温超伝導体をなどの強相関銅酸化物の電子励起状態を観測し、その電子構造を解明することを目的として研究を行った。
1.La_2CuO_4におけるNi置換効果
銅酸化物高温超伝導体は、Cuサイトをスピンの大きさの異なるNiやZnで置換すると急速に超伝導が失われることが知られている。BCS超伝導体における同位体効果と同様、置換効果の理解は重要である。これまでのNi置換効果の研究の多くはNiを磁性不純物として着目したものであったが、Ni置換は電子状態にも何らかの影響があると予想される。今回、RIXSの元素選択性を利用しLa_2Cu_<1-y>Ni_yO_4のy=0.05と0.95の測定を行うことで、Ni周りの電子状態を抽出することに成功した。
2.辺共有一次元鎖Ca_<2+χ>Cu_5O_<10>における電荷秩序とその励起状態の観測
ドープされたホールか電荷秩序を起こしているx=1.5,1.67において、電荷秩序の起源である長距離クーロンエネルギーを越えるものと考えられる励起が観測できた。この結果から、長距離クーロンエネルギーを含めた定量的な電子状態の議論が可能になる。
3.Si結晶を使った分光アナライザー開発
CuのK吸収端用としてSiの(553)反射を用いたアナライザーを作製し、性能の評価を行った。エネルギー分解能は現在使用しているGeの(733)反射を用いたものと同程度の450meVであったが、散乱角2θが小さいSi結晶では試料や検出器周りに空間が確保できるので、今後、偏光解析などの実験での利用が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Polarized SSXANES study of spin ordering in ferromagnetic and paramagnetic phases of La_<1.2>Sr_<1.65>Ca_<0.15>Mn_2O_7 (2008)
  • 著者名/発表者名: K. B. Garg, Hisashi Hayashi, A. Sato, T. Azumi, Y. Udagawa, Kenji Ishii, Toshiya Inami, and T. Chatterji
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 320 ページ: 1528-1534
  • 査読あり
• [雑誌論文] Momentum-resolved charge excitations in high-Tc cuprates studied by resonant inelastic x-ray scattering (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ishii, M. Hoesch, T Inami, K. Kuzushita, K. Ohwada, M. Tsubota, Y. Murakami, J. Mizuki, Y. Endoh, K. Tsutsui, T. Tohyama, and J. Akimitsu
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids accepted
  • 査読あり
• [雑誌論文] Momentum dependent charge excitations of two-leg ladder: resonant inelastic x-ray scattering of (La, Sr, Ca)_<14> Cu_<24>O_<41> (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ishii, K. Tsutsui, T. Tohyama, T. Inami, J. Mizuki, Y. Murakami, Y. Endoh, S. Maekawa, K. Kudo, Y. Koike, and K. Kumagai
  • 雑誌名: Physical Review B 76
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonant x-ray magnetic diffraction experiment on SmB_2C_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Inami, T.Honma, S.Tsutsui, K.Indoh, H.Onodera, K.Ishii, K.Ohwada, K.Kuzushita, H.Nakao, Y.Murakami
  • 雑誌名: J. Mag. Mag. Matter. 310,1 ページ: 748-748
• [雑誌論文] Resonant x-ray scattering of PrRu_4P_<12> (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Ishii, S.Tsutsui, L.Hao, T.Hasegawa, K.Iwasa, M.Tsubota, T.Inami, Y.Murakami, S.R.Saha, H.Sugawara, H.Sato
  • 雑誌名: J. Mag. Mag. Matter. 310,2
• [雑誌論文] Incident-energy and polarization dependence of RIXS study of La_2CuO_4 (2006)
  • 著者名/発表者名: L.Lu, J.N.Hancock, G.Chabot-Couture, K.Ishii, O.P.Vajk, G.Yu, J.Mizuki, D.Casa, T.Gog, M.Greven
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 74,22 ページ: 224509-224509
• [雑誌論文] Local spin ordering in the antiferromagnetic as well as paramagnetic LaMnO_3 phase revealed by polarized spin-selected 1s→3d absorption spectra (2006)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hayashi, Atsushi Sato, Tomofumi Azumi, Yasuo Udagawa, Toshiya Inami, Kenji Ishii, K. B. Garg
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 73,13 ページ: 134405-134405
• [学会発表] 軌道秩序系バナジウム酸化物の共鳴非弾性X線散乱 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池内和彦, Ignace Jarrige, 佐藤智宏, 石井賢司, 稲見俊哉, 水木純一郎, 備前大輔, 村上洋一, 宮坂茂樹, 藤岡淳, 十倉好紀
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 東大阪市
  • 年月日: 2008-03-26
• [学会発表] Ni置換La_2CuO_4の共鳴非弾性X線散乱 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石井賢司, 池内和彦, ジャリッジイニヤス, 水木純一郎, 平賀晴弘, 山田和芳, 筒井健二, 遠山貴己, 前川禎通, 石井啓文, 蔡永強, 遠藤康夫
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 東大阪市
  • 年月日: 2008-03-24
• [学会発表] 共鳴非弾性X線散乱によるCa_?2+x?Y_?2-x?Cu_5 O_<10>の電荷励起 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石井賢司, 池内和彦, 稲見俊哉, 水木純一郎, 筒井健二, 遠山貴己, 前川禎通, 工藤一貴, 小池洋二, 村上洋一, 遠藤康夫
  • 学会等名: 第21回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 草津市
  • 年月日: 2008-01-13
• [学会発表] Momentum Dependent Charge Excitations in Correlated Electron Systems Studied by Resonant Inelastic X-ray Scattering (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ishii
  • 学会等名: 8th Conference of the Asian Crystallographic Association(AsCA'07)
  • 発表場所: 台北
  • 年月日: 2007-11-06
• [学会発表] 辺共有一次元鎖Ca_?2+x?Y_?2-x?Cu_5 O_<10>の共鳴非弾性X線散乱 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石井賢司, 池内和彦, 稲見俊哉, 水木純一郎, 筒井健二, 遠山貴己, 前川禎通, 工藤一貴, 小池洋二, 村上洋一, 遠藤康夫
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2007-09-22
• [学会発表] YVO_3の共鳴非弾性X線散乱実験II (2007)
  • 著者名/発表者名: 池内和彦, 佐藤智宏, 石井賢司, 稲見俊哉, 水木純一郎, 備前大輔, 村上洋一, 宮坂茂樹, 藤岡淳, 十倉好紀
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2007-09-21
• [学会発表] Momentum dependent charge excitations in cuprates studied by resonant inelastic x-ray scattering (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ishii
  • 学会等名: Spectroscopes in Novel Superconductors (SNS2007)
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2007-08-23
• [学会発表] Charge excitations in high-Tc cuprates studied by resonant inelastic x-ray scattering (2007)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishii
  • 学会等名: 6th International Conference on Inelastic X-ray Scattering (IXS2007)
  • 発表場所: 淡路市
  • 年月日: 2007-05-09