準・近似結晶の偏光制御電子分光による実・波数空間変数の電子物性への本質的寄与

• 研究領域: ハイパーマテリアル：補空間が創る新物質科学
• 研究課題/領域番号: 22H04594
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 関山 明 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (40294160)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 光電子分光 / 準結晶 / 強相関電子系 / 希土類 / 強相関

研究開始時の研究の概要

準結晶に長距離の並進対称性はないものの、いわゆる補空間まで含め結晶だった系を３次元空間で切り取った波数が意味のある物理量になっていることは論理的には不思議ではない。しかし、研究代表者が進めてきたCe近似結晶や過去の研究でもフェルミ準位近傍における状態密度の抑制が観測される例は並進対称性の欠落した準結晶特有の状態と考えられている。そしてこの中で実空間情報である軌道対称性の役割は不明である。本研究課題では希土類準結晶・近似結晶の偏光制御内殻および価電子帯光電子分光による電子構造観測を通じて電子物性における波数および軌道対称性の役割を明らかにすることを目的として研究を進める。

研究実績の概要

Au-Ga-Ce系近似結晶の硬X線Ce 3d内殻光電子分光を2つの組成について行ったところ、両者とも4f電子状態が極めて局在的なスペクトル形状だが、局在的な4f不完全殻を有するサイトの内殻光電子スペクトルに特徴的な3d94f1終状態多重項構造が大きくぼやけていた。一方、chemical disorderのない２元系のCd-Ce近似結晶の内殻光電子分光では明確な3d94f1終状態多重項構造が観測された。これにより、Au-Ga-Ce系近似結晶におけるchemical disorderが本質的にCe 4f電子構造ひいては価電子全般に影響を与えていることが判明した。さらに我々は極低エネルギー光電子分光でフェルミ準位近傍の電子状態を研究した。準結晶においてはこれまで価電子帯光電子分光でフェルミ準位ごく近傍におけるスペクトル強度の抑制が報告されているがAu-Ga-Ce系においてもわずかであるが同様な状態が観測された。加えて、価電子帯光電子スペクトルでは組成の違いによるわずかな形状変化が確認されたが、これは価電子数の変化によるリジッドバンドシフト的な解釈で理解可能であった。
また、Au-Ga-Ce系およびCd-Ce系近似結晶の両者についてCe 3d-4f共鳴光電子分光を行ったところ、やはりCe 4f電子状態は非常に局在的であることが判明した。加えて、Ce 3d端X線吸収スペクトルでは内殻光電子スペクトルで見られたようなぼやけがAu-Ga-Ce系でも観測されなかったが、これはマーデルングポテンシャルの乱れが吸収過程においては始状態と終状態で等しいためキャンセルされたからと結論づけた。
さらに、磁性近似結晶と言えるAu-Al-Gd, Au-Al-Tb近似結晶の光電子分光も行い、磁気相図のパラメータとされる平均価電子数によってスペクトルが系統的に変化していることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5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] High- and low-energy photoemission study of strongly correlated Au-Ga-Ce quasicrystal approximants: Localized 4f nature and disorder effects (2024)
  • 著者名/発表者名: Goro Nozue, Hidenori Fujiwara, Satoru Hamamoto, Akane Ose, Miwa Tsutsumi, Takayuki Kiss, Atsushi Higashiya, Atsushi Yamasaki, Yuina Kanai-Nakata, Shin Imada, Masaki Oura, Kenji Tamasaku, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Azusa Motouri, Farid Labib, Shintaro Suzuki, Ryuji Tamura, and Akira Sekiyama
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Localized Ce 4f Electronic States in a Au-Ga-Ce Quasicrystal Approximant Probed by Soft X-ray Absorption and Photoemission Spectroscopies (2023)
  • 著者名/発表者名: Nozue Goro、Fujiwara Hidenori、Hamamoto Satoru、Kiss Takayuki、Tsutsumi Miwa、Oura Masaki、Ishikawa Tetsuya、Motouri Azusa、Suzuki Shintaro、Tamura Ryuji、Sekiyama Akira
  • 雑誌名: New Physics: Sae Mulli 巻: 73 号: 12 ページ: 1058-1061
  • DOI: 10.3938/npsm.73.1058
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polarization Dependence of Soft X-ray Absorption Spectroscopy on the Heavy Fermion Superconductor CeN2Ge2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara H.、Nakatani Y.、Aratani H.、Kanai-Nakata Y.、Yamagami K.、Hamamoto S.、Kiss T.、Sekiyama A.、Tanaka A.、Ebihara T.、Saitoh Y.
  • 雑誌名: New Physics: Sae Mulli 巻: 73 号: 12 ページ: 1062-1066
  • DOI: 10.3938/npsm.73.1062
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of the ground-state 4 f symmetry for anisotropic c f hybridization in the heavy-fermion superconductor CeNi2Ge2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara H.、Nakatani Y.、Aratani H.、Kanai-Nakata Y.、Yamagami K.、Hamamoto S.、Kiss T.、Yamasaki A.、Higashiya A.、Imada S.、Tanaka A.、Tamasaku K.、Yabashi M.、Ishikawa T.、Yasui A.、Yamagami H.、Miyawaki J.、Miyake A.、Ebihara T.、Saitoh Y.、Sekiyama A.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 108 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.108.165121
  • 査読あり
• [学会発表] 磁性体Au-Al-Gd近似結晶の硬X線光電子分光 (2024)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 第37回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] ハーフメタル型ホイスラー合金Mn2VAlの軟X線角度分解光電子分光 (2024)
  • 著者名/発表者名: 堤美和ほか
  • 学会等名: 第37回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 高分解能蛍光検出X線吸収分光による価数揺動系α-Yb(Al1-xFex)B4のYb 5d電子構造観測 (2024)
  • 著者名/発表者名: 鳥井優杜ほか
  • 学会等名: 第37回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 内殻・価電子帯光電子分光でみる立方晶NdTi2Al20のNd 4f電子状態 (2024)
  • 著者名/発表者名: 榎本彬人ほか
  • 学会等名: 第37回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 強相関Tsai型近似結晶の先端電子分光 (2024)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎
  • 学会等名: 第37回ハイパーマテリアル・セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 磁性体Au-Al-Gd近似結晶の内殻・価電子帯光電子分光 (2024)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] 硬X線内殻・軟X線3d-4f共鳴光電子分光による強相関Au-Ga-CeおよびCd-Ce近似結晶の電子状態研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 共鳴硬X線光電子分光を用いた価数搖動系物質CeTIn5 (T =Co, Rh, Ir)の電子構造研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西岡拓真ほか
  • 学会等名: 第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] ハーフメタル型ホイスラー合金Mn2VAlの磁場中硬X線光電子分光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堤美和ほか
  • 学会等名: 第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 価数揺動物質YbNi2Ge2の内殻硬X線光電子線二色性による遍歴・局在4f電子状態温度変化の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 尾瀬朱音ほか
  • 学会等名: 第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 内殻・価電子帯光電子分光による強磁性体Au-Al-Gd近似結晶の電子状態 研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎
  • 学会等名: 第27回準結晶研究会
• [学会発表] Electronic states of Au-Ga-Ce and Cd-Ce quasicrystal approximants probed by core-level and valence-band photoemission spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: G. Nozue 他
  • 学会等名: The 15th International Conference on Quasicrystals
  • 国際学会
• [学会発表] 磁場中硬X線光電子分光によるハーフメタル型ホイスラー合金Mn2VAlの内殻光電子磁気円二色性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堤美和ほか
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] 強磁性体Au-Al-Gd近似結晶に対する内殻・価電子帯光電子分光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] 価数揺動系YbNi2Ge2の遍歴・局在4f電子状態温度変化の内殻光電子線二色性による観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 尾瀬朱音ほか
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] Core-level and valence-band photoemission study of Au-Ga-Ce and Cd-Ce quasicrystalline approximants (2023)
  • 著者名/発表者名: G. Nozue 他
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023 (SCES2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 希土類化合物のARPESおよび内殻光電子分光の二色性による 軌道・バンド対称性の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 関山明
  • 学会等名: ナノテラスARPESシンポジウム ナノ集光で拓くサイエンスの新展開
  • 招待講演
• [学会発表] 化学的ディスオーダーのない強相関Cd-Ce近似結晶の価電子帯光電子分光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 軟X線角度分解光電子分光によるハーフメタル型ホイスラー合金Mn2VAlの電子構造の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堤美和ほか
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 高分解能蛍光検出X線吸収分光による価数揺動物質α-Yb(Al1-xFex)B4のYb 5d電子状態の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鳥井優杜ほか
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 立方晶NdTi2Al20の内殻・価電子帯光電子分光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 榎本彬人ほか
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 硬X線光電子分光で見る磁性体Au-Al-Gd近似結晶の微視的電子状態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎
  • 学会等名: 第28回準結晶研究会
• [学会発表] 硬X線内殻・軟X線3d-4f共鳴光電子分光による強相関Au-Ga-CeおよびCd-Ce近似結晶の電子状態研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 第36回日本放射光学会年会・ 放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 内殻・価電子帯光電子分光による強磁性体Au-Al-Gd近似結晶の電子状態研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 第27回準結晶研究会
• [学会発表] 強磁性体Au-Al-Gd近似結晶に対する内殻・価電子帯光電子分光 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] Bulk Electronic State of Au-Ga-Ce and Cd-Ce Quasicrystalline Approximants Probed by Hard X-ray Photoemission Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: G. Nozue et al.
  • 学会等名: The 9th International Conference on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Hard and Soft X-ray Photoemission Study of the Au-Ga-Ce and Cd-Ce Quasicrystalline Approximants (2022)
  • 著者名/発表者名: G. Nozue et al.
  • 学会等名: 10th International Conference on Aperiodic Crystals (Aperiodic 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Probing Electronic States of the Au-Ga-Ce and Cd-Ce Quasicrystalline Approximants by Hard and Soft X-ray Photoemission Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: G. Nozue et al.
  • 学会等名: The 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会
• [学会発表] 光電子線二色性による強相関Cd-Ce近似結晶のバルク電子構造 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎ほか
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] 内殻・価電子帯光電子分光による強相関Ce系近似結晶の電子構造研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野末悟郎
  • 学会等名: 2022年 (第16回) 物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
  • 招待講演
• [学会発表] Core-level and valence-band photoemission study of rare-earth-based quasicrystal approximants (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Sekiyama
  • 学会等名: GIMRT, REIMEI and IRN joint international workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 阪大基礎工関山研
  • URL: http://decima.mp.es.osaka-u.ac.jp/