時間分解共鳴軟X線散乱によるフォノンとゆらぎのダイナミクスの研究

• 研究課題/領域番号: 18K03534
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 東京工業大学 (2019-2022); 東京大学 (2018)
• 研究代表者: 田久保 耕 東京工業大学, 理学院, 特任助教 (30738365)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 光誘起ダイナミクス / 光誘起相転移ダイナミクス / 共鳴軟X線散乱 / X線分光 / スピンダイナミクス / 強相関電子系 / 電子線回折 / スピン・軌道揺らぎ / 量子スピン軌道液体 / フォノン

研究成果の概要

時間分解共鳴軟X線散乱を用いて遷移金属酸化物Ba3CuSb2O9のスピンと軌道のゆらぎのダイナミクスを研究した。O 1s吸収端のX線吸収を用いて、低温で量子スピン軌道液体状態が実現する六方晶のBa3CuSb2O9において酸素ホールを起源とするピーク構造を観測した。さらに、Cu L3吸収端を用いた時間分解型の共鳴軟X散乱測定を用いて、その光誘起ダイナミクス上に6GHz程度と比較的周期の長いコヒーレント振動を観測した。このコヒーレント振動は、酸素ホールを含まない斜方晶試料では観測されず、試料内の酸素ホールの有無、すなわち量子スピン軌道液体状態と密接に結びついていることを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一般の遷移金属化合物の単一サイトの光学フォノンモードはフェムト秒のオーダーであるため、今までのピコ秒領域の時間分解能のX線散乱などの測定では、コヒーレント振動がほとんど観測されることがなかった。量子スピン軌道液体状態が低温で実現するBa3CuSb2O9は複数のCuサイトの自由度が競合する系であり、放射光X線を用いた時間分解型の共鳴軟X線散乱のダイナミクス測定という最先端の手法を用いて、その軌道-スピン揺らぎの状態と密接に関連する数10ps領域のコヒーレントフォノンを観測することに初めて成功した。

研究成果

• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB)(ドイツ)
• [雑誌論文] Photoinduced transient states of antiferromagnetic orderings in La_1/3Sr_2/3FeO₃ and SrFeO_3-δ thin films observed through time-resolved resonant soft x-ray scattering (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kohei、Tsuyama Tomoyuki、Ito Suguru、Takubo Kou、Matsuda Iwao、Pontius Niko、Schussler-Langeheine Christian、Minohara Makoto、Kumigashira Hiroshi、Yamasaki Yuichi、Nakao Hironori、Murakami Youichi、Katase Takayoshi、Kamiya Toshio、Wadati Hiroki
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 24 号: 4 ページ: 043012-043012
  • DOI: 10.1088/1367-2630/ac5f31
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Domain Dependent Fermi Arcs Observed in a Striped Phase Dichalcogenide (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashi Mizokawa, Alexei Barinov, Viktor Kandyba, Alessio Giampietri, Ryoya Matsumoto, Yohei Okamoto, Kou Takubo, Koji Miyamoto, Taichi Okuda, Sunseng Pyon, Hiroyuki Ishii, Kazutaka Kudo, Minoru Nohara, Naurang L. Saini
  • 雑誌名: Advanced Qunatum Technologies 巻: 5 号: 9 ページ: 202300029-202300029
  • DOI: 10.1002/qute.202200029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photo-induced antiferromagnetic-ferromagnetic and spin-state transition in a double-perovskite cobalt oxide thin film (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhang Yujun、Katayama Tsukasa、Chikamatsu Akira、Schussler-Langeheine Christian、Pontius Niko、Hirata Yasuyuki、Takubo Kou、Yamagami Kohei、Ikeda Keisuke、Yamamoto Kohei、Hasegawa Tetsuya、Wadati Hiroki
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 5 号: 1 ページ: 50-50
  • DOI: 10.1038/s42005-022-00823-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spin-orbital liquid in Ba3CuSb2O9 stabilized by oxygen holes (2021)
  • 著者名/発表者名: Takubo Kou、Man Huiyuan、Nakatsuji Satoru、Yamamoto Kohei、Zhang Yujun、Hirata Yasuyuki、Wadati Hiroki、Yasui Akira、Mizokawa Takashi、Khomskii Daniel I.
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 5 号: 7 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.5.075002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 6-GHz lattice response in a quantum spin-orbital liquid probed by time-resolved resonant x-ray scattering (2021)
  • 著者名/発表者名: Takubo Kou、Mizokawa Takashi、Man Huiyuan、Yamamoto Kohei、Zhang Yujun、Hirata Yasuyuki、Wadati Hiroki、Khomskii Daniel I.、Nakatsuji Satoru
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 号: 20 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.104.205110
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Vanadium 3d charge and orbital states in V2OPO4 probed by x-ray absorption spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Murota Kota、Pachoud Elise、Attfield J. Paul、Glaum Robert、Sutarto Ronny、Takubo Kou、Khomskii Daniel I.、Mizokawa Takashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 24 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.245106
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hard and soft x-ray photoemission spectroscopy study of the new Kondo system SmO thin film (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Shoya、Kaminaga Kenichi、Oka Daichi、Yukawa Ryu、Horio Masafumi、Yokoyama Yuichi、Yamamoto Kohei、Takubo Kou、Nonaka Yosuke、Koshiishi Keisuke、Kobayashi Masaki、Tanaka Arata、Yasui Akira、Ikenaga Eiji、Wadati Hiroki、Kumigashira Hiroshi、Fukumura Tomoteru、Fujimori Atsushi
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 4 号: 9 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.4.095001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacial-hybridization-modified Ir ferromagnetism and electronic structure in LaMnO3/SrIrO3 superlattices (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhang、L. Y. Zheng、L. Wu、M. Suzuki、Q. Zhang、Y. Hirata、K. Yamagami、K. Takubo、K. Ikeda、K. Yamamoto、A. Yasui、N. Kawamura、C. Lin、K. Koshiishi、X. Lin、S. L. Liu、J. Zhang、Y. Hotta、X. R. Wang、A. Fujimori、Y. Lin、C. Nan、L. Shen、H. Wadati
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 号: 3 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.033496
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Commensurate versus incommensurate charge ordering near the superconducting dome in Ir1-xPtxTe2 revealed by resonant x-ray scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: Takubo K.、Yamamoto K.、Hirata Y.、Wadati H.、Mizokawa T.、Sutarto R.、He F.、Ishii K.、Yamasaki Y.、Nakao H.、Murakami Y.、Matsuo G.、Ishii H.、Kobayashi M.、Kudo K.、Nohara M.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 20 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.205142
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] テーブルトップフェムト秒電子線回折装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田久保耕，Samiran Banu，金子水咲，矢嶋渉，羽田真毅，林靖彦，桑原真人，石川忠彦，沖本洋一，腰原伸也
  • 学会等名: 2021日本第77回年次大会
• [学会発表] 数十フェムト秒電子線回折装置の開発:シリコン薄膜の光誘起ダイナミクス (2021)
  • 著者名/発表者名: 田久保耕，Jin Sichen， Samiran Banu，金子水咲，石川忠彦，沖本洋一，腰原伸也，矢嶋渉，羽田真毅， 林靖彦
  • 学会等名: 2021日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 新同期方式によるフェムト秒電子線回折装置の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: Jin Sichen, 田久保耕, S. Banu, 金子水咲, 石川忠彦, 沖本洋一, 腰原伸也, 羽田真毅, 林靖彦
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 光誘起構造ダイナミクス測定のためのテーブルトップフェムト秒時間分解電子線回折装置の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田久保耕, Jin Sichen, 羽田真毅, 東正樹, 林靖彦, 桑原真人, 宮坂等, 石原純夫, 石川忠彦, 沖本洋一, 腰原伸也
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] Photo-induced dynamics of transition-metal compounds probed by time-resolved resonant soft x-ray scattering and x-ray magnetic circular dichroism (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Takubo, K. Yamamoto, Y. Yokoyama, K. Yamagami, Y. Zhang, Y. Hirata, H. Wadati
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Ultrafast Phenomena in Cooperative Systems
  • 国際学会
• [学会発表] 時間分解X線磁気円偏光２色性及び共鳴軟X線散乱による超高速磁気ダイナミクス観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田久保耕, 山本航平, 横山優一, Y Zhang, 山神光平, 平田靖透, 関剛斎, 高梨弘毅, H Man, 中辻知, 和達大樹
  • 学会等名: 第29回日本MRS年次大会
• [学会発表] 時間分解共鳴軟 X 線散乱によるスピン軌道液体Ba3CuSb2O9の光誘起ダイナミクス測定II (2019)
  • 著者名/発表者名: 田久保耕, 山本航平, 平田靖透, 和達大樹, Huiyuan Man, 中辻知
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 時間分解共鳴軟 X 線散乱によるスピン軌道液体Ba3CuSb2O9の光誘起ダイナミクス測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田久保耕, 山本航平, 平田靖透, 和達大樹, Huiyuan Man, 中辻知
  • 学会等名: 第32回日本放射光学会年会
• [学会発表] Photoinduced dynamics of spin-orbital liquid Ba3CuSb2O9 probed by time-resolved resonant soft x-ray scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Takubo, K. Yamamoto, Y. Hirata, H. Wadati, Huiyuan Man, S. Nakatsuji
  • 学会等名: International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science
  • 国際学会
• [学会発表] 時間分解共鳴軟 X 線散乱によるスピン軌道液体Ba3CuSb2O9の光誘起ダイナミクス測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田久保耕, 山本航平, 平田靖透, 和達大樹, Huiyuan Man, 中辻知
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会