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電子相関と乱れによる低エネルギー励起構造の実験的決定

研究課題

研究課題/領域番号 21K13882
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関京都大学

研究代表者

大槻 太毅  京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (80780957)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード強相関電子系 / アンダーソン局在 / 光電子分光 / 1粒子スペクトル関数 / 遷移金属
研究開始時の研究の概要

物質の電気伝導性は物性物理学において最も基礎的な問題の一つである。物質中では電子同士は相関し合い、特に強い電子間反発は伝導電子を局在化させる。一方で、不純物などによる乱れも量子力学的な干渉効果を引き起こし、伝導電子を局在化させる。これらの絶縁体は電気を流さないという共通の性質を持つが1粒子励起スペクトルに大きな違いが存在し、両者が共存する系においての理解はほとんど進んでいない。そこで本研究では光電子分光法を用いて弱相関から強相関まで多体電子相関が働く系における乱れの効果を1粒子励起スペクトルの観点から明らかにし、電子相関と乱れの共存する系における電気伝導機構の構築を目的としている。

研究成果の概要

本研究では電子相関と乱れが共存する系における1粒子励起スペクトルを光電子分光法により直接観測し、電子相関と乱れに起因する特徴的な電子構造の解明に取り組んだ。特に、ルテニウム酸化物や半導体物質における不純物効果を電子状態の観点から調査した。特徴的な電気伝導性を示すルテニウム酸化物においては角度分解光電子分光によるバンド構造の観測に成功し、表面とバルクの両面から電子状態を決定した。さらに半導体物質においては不純物添加により形成される局在準位を決定し、電気伝導に与える影響について議論した。また、研究の中で半導体物質の表面において極低密度電子状態が実現していることを発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現実の物質では電子相関と乱れの効果が共存している。しかし、両者が顕著に異なる性質を示すことから取り扱いが困難であり、特に強相関電子系においてはほとんど理解が進んでいない。本研究では、多体電子相関と乱れの効果が共存する系において電子状態の直接観測から1粒子励起スペクトルを決定した。強相関電子系における我々の研究成果は、強相関電子系における不純物伝導の理解を深化させ、理論研究との更なる相乗効果をもたらすと考えられる。さらに不純物添加した半導体のフェルミ準位近傍の電子状態の決定は、熱電材料の性能向上や不純物添加による強磁性などの機能性の付与など更なる展開も期待される。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Tiny Fermi surface with an extremely light mass of ternary chalcopyrite CdSnAs2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy2024

    • 著者名/発表者名
      Ootsuki Daiki、Takatsu Hiroshi、Funada Kohei、Ishida Tatsuhiro、Arita Masashi、Ideta Shinichiro、Tanaka Kiyohisa、Kageyama Hiroshi、Yoshida Teppei
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 8 号: 4 ページ: 044604-044604

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.8.044604

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Mn substitution on the electronic structure for Mn-doped indium-tin oxide films studied by soft and hard x-ray photoemission spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Ootsuki Daiki、Ishida Tatsuhiro、Tsutsumi Naoya、Kobayashi Masaki、Inagaki Kohdai、Yoshida Teppei、Takeda Yukiharu、Fujimori Shin-ichi、Yasui Akira、Kitagawa Saiki、Nakamura Toshihiro
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 7 号: 12 ページ: 124601-124601

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.7.124601

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic structure and anharmonic phonon mode in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">BaIr</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ge</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:math> with two-dimensional Ba-Ge networks studied by photoemission spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Ishida Tatsuhiro、Ootsuki Daiki、Ishida Shigeyuki、Kitamura Miho、Horiba Koji、Takagi Yasumasa、Yasui Akira、Ikenaga Eiji、Kawashima Kenji、Yanagi Yousuke、Iyo Akira、Eisaki Hiroshi、Yoshida Teppei
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 107 号: 4 ページ: 045116-045116

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.045116

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metallic Surface State in the Bulk Insulating Phase of Ca<sub>2?</sub><i><sub>x</sub></i>Sr<i><sub>x</sub></i>RuO<sub>4</sub> (<i>x</i> = 0.06) Studied by Photoemission Spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Ootsuki Daiki、Hishikawa Ayuko、Ishida Tatsuhiro、Shibata Daisuke、Takasuka Yukie、Kitamura Miho、Horiba Koji、Takagi Yasumasa、Yasui Akira、Sow Chanchal、Yonezawa Shingo、Maeno Yoshiteru、Yoshida Teppei
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 号: 11 ページ: 114704-114704

    • DOI

      10.7566/jpsj.91.114704

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pressure Induced Spectral Redistribution due to Te2 Dimer Breaking in AuTe22021

    • 著者名/発表者名
      D. Ootsuki, H. Okamura, S. Mitsumoto, Y. Ikemoto, T. Moriwaki, M. Arita, T. Yoshida, K. Kudo, H. Ishii, M. Nohara, and T. Mizokawa
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 号: 11

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.114705

    • NAID

      210000159424

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 硬X線光電子分光によるIn1.95-xMn0.05SnxO3薄膜へMn置換効果の研究2024

    • 著者名/発表者名
      堤直也, 石田達拡, 大槻太毅, 保井晃, 北川彩貴, 中村敏浩, 吉田鉄平
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 希薄磁性半導体In2-x-yMnxSnyO3の光電子分光2024

    • 著者名/発表者名
      堤 直也, 石田 達拡, 大槻 太毅, 稲垣 洸大, 小林 正起, 竹田 幸治, 藤森 伸一, 高 木 康多, 保井 晃, 北川 彩貴, 中村 敏浩, 吉田 鉄平
    • 学会等名
      第37回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Photoemission spectroscopy of diluted magnetic semiconductor In2-x-yMnxSnyO32023

    • 著者名/発表者名
      Naoya Tsutsumi, Tatsuhiro Ishida, Daiki Ootsuki, Kohdai Inagaki, Masaki Kobayashi, Yukiharu Takeda, Shin-ichi Fujimori, Yasumasa Takagi, Akira Yasui, Saiki Kitagawa, Toshihiro Nakamura, Teppei Yoshida
    • 学会等名
      MRM2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光電子分光による希薄磁性半導体In2-x-yMnxSnyO3の電子状態研究2023

    • 著者名/発表者名
      堤直也, 石田達拡, 大槻太毅, 稲垣洸大, 小林正起, 竹田幸治, 藤森伸一, 高木康多, 保井晃, 北川彩貴, 中村敏浩, 吉田鉄平
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Molecular-like cluster formation of calaverite AuTe2 studied by photoemission and infrared spectroscopies2023

    • 著者名/発表者名
      Daiki Ootsuki
    • 学会等名
      Optics & Photonics International Congress (OPIC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 乱れに起因するルテニウムナノシートの金属絶縁体転移2023

    • 著者名/発表者名
      大槻太毅
    • 学会等名
      放射光学会若手部会 オンライン研究会 -放射光分光を用いた低次元電子状態研究とその展望-
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 角度分解光電子分光による遷移金属カルコゲナイドTa2Pd(Se1-xSx)6の電子状態観測2022

    • 著者名/発表者名
      大槻太毅,石田達拡,北村未歩,有田将司,中埜彰俊,丸岡うらら,寺崎一郎,吉田鉄平
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Metallic surface state of Ca2-xSrxRuO4 studied by photoemission spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Daiki Ootsuki
    • 学会等名
      Optics & Photonics International Congress (OPIC2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ruナノシートの光電子分光:基板依存性2021

    • 著者名/発表者名
      伊東和輝, 大槻太毅, 石田達拡, 三田将隆, 宇陀愼太郎, 小寺健二郎, 木内久雄, 豊田智史, 福田勝利, 堀場弘司, 組頭広志, 吉田鉄平
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 励起子絶縁体候補物質Ta2NiSe5の共鳴光電子分光2021

    • 著者名/発表者名
      三田将隆, 湯澤祐介, 石田達拡, 宇陀慎太郎, 伊東和輝, 大槻太毅, 北村未歩, 中埜彰俊, 丸岡うらら, 寺崎一郎, 吉田鉄平
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 層状遷移金属カルコゲナイドTa2PdSe6の角度分解光電子分光2021

    • 著者名/発表者名
      大槻太毅、石田達拡、三田将隆、伊藤和輝、宇陀慎太郎、北村未歩、中埜彰俊、丸岡うらら、寺崎一郎、吉田鉄平
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Thickness Dependent Metal-Insulator Transition in Ru Nanosheets Probed by Low-Energy Inverse Photoelectron Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      K. Kawamura, D. Ootsuki, T. Ishida, T. Yoshida, M. Morita, K. Fukuda, and H. Yoshida
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Surface Science (ISSS-9)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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