偏光制御内殻分光による強相関軌道対称性の決定と量子臨界相転移機構の解明

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03512
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 藤原 秀紀 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00397746)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 強相関電子系 / 光電子分光 / 磁性 / 超伝導 / 金属絶縁体転移

研究実績の概要

金属絶縁体転移や重い電子系超伝導等の特異な物性の発現機構において、異方的な強相関3d, 4f軌道の対称性が重要な役割を担う。しかしながら、一般に特定サイトの局所軌道対称性をマクロ測定から決定することは困難である。これまで、我々は内殻硬X線光電子分光（HAXPES）の直線偏光依存性（LD）、及び光電子放出角度依存性の測定により、主に希土類化合物の結晶場４f基底状態の起動対称性エネルギーを精密に決定する新手法の開発に成功してきた。
本研究課題では、直線偏光依存角度分解内殻HAXPESに加え、X線吸収分光（XAS-LD）、および帯磁率測定を組み合わせることにより、量子臨界点近傍に位置する正方晶Ce化合物の基底状態を精密に決定することを目的としている。初年度において正方晶Ce化合物CeCu2Ge2のΓ７基底状態の精密決定手法を確立したことを踏まえ、次年度においてCeAgSb2のΓ6基底状態の決定にも成功した。これにより正方晶Ce化合物の全ての基底状態を精密に決定可能であることを示した。また、量子臨界現象を示すYb化合物であるYbAlB4やPr化合物の基底状態の決定にも成功した。
以上に加え、サブミクロン領域のXAS-LDを計測可能な時分割光電子顕微鏡の開発にも参画し、軌道ドメインやその時間発展の計測を見据えた研究を行なった。さらに、新しい電子構造分析手法である共鳴非弾性軟X線散乱を用いた電子構造研究を推進し、将来的に励起状態の対称性決定も見据えた研究を行なった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題の研究目的である正方晶Ce化合物の基底状態の精密決定手法の確立に成功し、現在は第２段階として、多様な物性を示すCe化合物に対する系統的な研究に展開している段階にある。さらに、Ce化合部だけではなく、量子臨界現象を示すYb化合物やPr化合物についても研究を展開し、国際会議における発表２件（内、口頭発表１件）、および3件の論文を発表している。さらに、共鳴非弾性軟X線散乱 (招待講演１件、論文発表１件)、および時分割光電子顕微鏡の開発 (論文発表１件 )に関しても研究が発展していることから、研究は概ね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

本研究課題において開発した正方晶Ce化合物の基底状態の精密決定手法を用いて、磁気秩序相や、より遍歴的な重い電子系、さらに量子臨界相近傍における基底状態の決定について、系統的な研究を推進する。また、Mn酸化物の軌道秩序相に対する研究を推進するとともに、軌道対称性の決定手法となり得る共鳴非弾性軟X線散乱も交えた研究も展開する。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of the 4f ground-state symmetry in strongly correlated cubic Pr compounds probed by linearly polarized 3d core-level photoemission spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Hamamoto, Y. Kanai, S. Fujioka, Y. Nakatani, H. Fujiwara, K. Kuga, T. Kiss, A. Higashiya, A. Yamasaki, S. Imada, A. Tanaka, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Hidaka, T. Yanagisawa, H. Amitsuka, K.T. Matsumoto, T. Onimaru, T. Takabatake, A. Sekiyama
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 238 ページ: 146885～146885
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2019.07.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear polarization-dependent core-level photoemission spectroscopy in Yb-based valence fluctuating system (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuga Kentaro、Kanai Yuina、Fujiwara Hidenori、Yamagami Kohei、Hamamoto Satoru、Aoyama Yuichi、Sekiyama Akira、Higashiya Atsushi、Kadono Toshiharu、Imada Shin、Yamasaki Atsushi、Tamasaku Kenji、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Nakatsuji Satoru、Kiss Takayuki
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 238 ページ: 146889～146889
  • DOI: doi.org/10.1016/j.elspec.2019.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Half-metallicity of the ferrimagnet Mn2VAl revealed by resonant inelastic soft x-ray scattering in a magnetic field (2019)
  • 著者名/発表者名: R.Y. Umetsu, H. Fujiwara, K. Nagai, Y. Nakatani, M. Kawada, A. Sekiyama, F. Kuroda, H. Fujii, T. Oguchi, Y. Harada, J. Miyawaki, S. Suga
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 134414-1-10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.134414
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Anisotropic Hybridization in YbAlB4 Probed by Linear Dichroism in Core-Level Hard X-Ray Photoemission Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Kuga, Yuina Kanai, Hidenori Fujiwara, Kohei Yamagami, Satoru Hamamoto, Yuichi Aoyama, Akira Sekiyama, Atsushi Higashiya, Toshiharu Kadono, Shin Imada, Atsushi Yamasaki, Arata Tanaka, Kenji Tamasaku, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, Satoru Nakatsuji, Takayuki Kiss
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 123 ページ: 036404-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.036404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Present status of photoemission electron microscope newly installed in SPring-8 for time-resolved nanospectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuo Ohkochi, Hitoshi Osawa, Akinobu Yamaguchi, Hidenori Fujiwara, Masaki Oura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 ページ: 118001-1-3
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4b12
  • 査読あり
• [学会発表] 立方晶 Pr 化合物の内殻光電子線二色性による 4f 軌道対称性の決定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 濵本諭, 中田惟奈, 久我健太郎, 藤原秀紀, 木須孝幸, 東谷篤志, 山﨑篤志, 今田真, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 日高宏之, 柳澤達也, 網塚浩, 松本圭介, 鬼丸孝博, 高畠敏郎, 関山明
  • 学会等名: 第33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] 磁場中共鳴非弾性 X 線散乱によるホイスラー合金 Co2FeSi のスピン偏極電子構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西本幸平, 藤原秀紀, 有長祐人, 山神光平, 山添康介, 宮脇淳, 原田慈久, 黒田文彬, 小口多美夫, 木須孝幸, 関山明, 菅滋正, 梅津理恵
  • 学会等名: 第33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] 内殻光電子スペクトル線二色性による量子臨界物質α-YbAl1-xFexB4 の 4f 軌道対称性決定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久我健太郎, 中田惟奈, 藤原秀紀, 山神光平, 濱本諭, 青山雄一, 関山明, 東谷篤志, 門野利治, 今田真, 山崎篤志, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 中辻知, 木須孝幸
  • 学会等名: 第33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] 共鳴硬 X 線光電子分光による価数揺動系物質β-YbAlB4 およびα-YbAlB4 の電子構造研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 姫野良介, 久我健太郎, 藤原秀紀, 濵本諭, 保井晃, 雀部矩正, 柴垣善則, 河村直己, 池永英司, 水牧仁一朗, 筒井智嗣, 木須孝幸, 三村功次郎, 関山明
  • 学会等名: 第33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] 直線偏光制御硬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の価電子帯電子構造研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西本幸平, 藤原秀紀, 濱本諭, 有長祐人, 姫野良介, 近藤佑宥, 木須孝幸, 中川広野, 山崎篤志, 中田惟奈, 今田真, 東谷篤志, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 菅滋正, 梅津理恵, 関山明
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会（2020年）
• [学会発表] 充填スクッテルダイト化合物PrFe4P12に対する直線偏光依存硬X線内殻光電子分光 (2020)
  • 著者名/発表者名: 濵本諭, 近藤佑宥, 藤原秀紀, 木須孝幸, 東谷篤志, 山﨑篤志, 今田真, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 中村直貴, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 関山明
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会（2020年）
• [学会発表] 内殻硬X線光電子線二色性による反強磁性体SmPt2Si2の4f軌道対称性研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 有長祐人, 濱本諭, 近藤佑宥, 藤原秀紀, 西本幸平, 姫野良介, 木須孝幸, 中田惟奈, 今田真, 中川広野, 山崎篤志, 東谷篤志, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 山田瑛, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 関山明
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会（2020年）
• [学会発表] 摂動下での軟X線領域の共鳴非弾性散乱の展望：V, Cr酸化物やHeusler合金など (2020)
  • 著者名/発表者名: 菅滋正, 藤原秀紀, 梅津理恵, 黒田文彬, 小口多美夫, 関山明, 原田慈久, 宮脇淳
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会（2020年）
• [学会発表] Ground State Local 4f Symmetry in the Pressure Induced Superconductor CeCu2Ge2 Probed by Polarized Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Fujiwara, H. Aratani, Y. Nakatani, M. Kawada, Y. Kanai-Nakata, K. Yamagami, S. Fujioka, S. Hamamoto, K. Kuga, T. Kiss, A. Yamasaki, A. Higashiya, T. Kadono, S. Imada, A. Tanaka, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, A. Yasui, Y. Saitoh, Y. Narumi, K. Kindo, T. Ebihara, A. Sekiyama
  • 学会等名: 8th International Conference on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Polarization-dependent Angle-resolved Core-level HAXPES of Strongly Correlated Rare-earth Compounds: Formulations and Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Sekiyama, Y. Kanai-Nakata, S. Hamamoto, H. Fujiwara, A. Tanaka, S. Imada, Y. Nakatani, S. Takano, T. Kashiuchi, K. Yamagami, M. Kawada, T. Kadono, K. Kuga, T. Kiss, A. Yamasaki, A. Higashiya, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, Y. Onuki, A. Kikkawa, Y. Taguchi and T. Ebihara
  • 学会等名: 8th International Conference on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Linear Dichroism in Core-level Photoemission Spectroscopy for Cubic Pr Compounds (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Hamamoto, Y. Kanai-Nakata, H. Fujiwara, K. Kuga, T. Kiss, A. Higashiya, A. Yamasaki, S. Imada, A. Tanaka, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, H. Hidaka, T. Yanagisawa, H. Amitsuka, K.T. Matsumoto, T. Onimaru, T. Takabatake, A. Sekiyama
  • 学会等名: 8th International Conference on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of High Efficient Photoemission Spectrometer for Soft- and Hard-X-ray (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kiss, K. Kuga, S. Hamamoto, Y. Takeuchi, K. Yamagami, Y. Nakatani, H. Yomosa, H. Kondo, K. Sorime, H. Fujiwara, A. Sekiyama, M. Oura, A. Tanaka, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa
  • 学会等名: 8th International Conference on Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Revising Ground State Local 4f Symmetry in the Pressure Induced Superconductor CeCu2Ge2 (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Fujiwara, H. Aratani, Y. Nakatani, M. Kawada, Y. Kanai-Nakata, K. Yamagami, S. Fujioka, S. Hamamoto, K. Kuga, T. Kiss, A. Yamasaki, A. Higashiya, T. Kadono, S. Imada, A. Tanaka, K. Tamasaku, M. Yabashi, T. Ishikawa, A. Yasui, Y. Saitoh, Y. Narumi, K. Kindo, T. Ebihara, A. Sekiyama
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 高精度X線電子分光によるハーフメタルホイスラー合金の電子構造研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤原秀紀
  • 学会等名: 第9回光科学異分野横断萌芽研究会
• [学会発表] 高精度X線電子分光によるハーフメタル型ホイスラー合金の磁性・電子構造研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤原秀紀
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 直線偏光制御硬X線角度分解内殻光電子分光による正方晶強相関Ce化合物の4f基底状態対称性の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤原秀紀, 近藤佑宥, 濵本諭, 川田萌樹, 荒谷秀和, 中谷泰博, 中田惟奈, 久我健太郎, 木須孝幸, 山崎篤志, 東谷篤志, 門野利治, 今田真, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 保井晃, 斎藤祐児, 海老原孝雄, 関山明
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 静磁・交換エネルギー発現の時間スケールの同定 ～時分割計測のための試料物性の制御～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 大河内拓雄, 大浦正樹, 大澤仁志, 山口明啓, 藤原秀紀, 関山明, 木下豊彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 磁気ダイナミクス解析の進展を目指した光電子顕微鏡装置の新規導入 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大河内拓雄, 大浦正樹, 大澤仁志, 山口明啓, 藤原秀紀
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 温度依存HAXPESによるIr酸化物絶縁体におけるスレーター性の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中川広野, 矢野慎弥, 林田拓也, 中田惟奈, 小堀裕己, 藤原秀紀, 関山明, 東谷篤志, 門野利治, 今田真, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 高瀬浩一, 山崎篤志
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 直線偏光制御硬X線光電子分光によるハーフメタル型ホイスラー合金Co2MnSiの電子構造研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西本幸平, 藤原秀紀, 中田惟奈, 濱本諭, 久我健太郎, 木須孝幸, 門野利治, 今田真, 東谷篤志, 山崎篤志, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 菅滋正, 梅津理恵, 関山明
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 鉄単体の磁場中硬X線光電子分光による光電子磁気円二色性の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 近藤佑宥, 藤原秀紀, 濱本諭, 中田惟奈, 川田萌樹, 高野彩佳, 久我健太郎, 木須孝幸, 東谷篤志, 山崎篤志, 今田真, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 関山明
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 充填スクッテルダイト化合物PrFe4P12に対する硬X線内殻光電子線二色性の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 濵本諭, 藤原秀紀, 木須孝幸, 東谷篤志, 山﨑篤志, 今田真, 田中新, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 中村直貴, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 関山明
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 共鳴硬X線光電子分光による価数揺動系量子臨界物質beta-YbAlB4の電子構造研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 姫野良介, 久我健太郎, 藤原秀紀, 濵本諭, 保井晃, 雀部矩正, 柴垣善則, 河村直己, 池永英司, 水牧仁一朗, 筒井智嗣, 木須孝幸, 三村功次郎, 関山明
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [備考] 光電子を通じた電子の軌道混成状態の観測 －物質中の電子の広がりを可視化－
  • URL: https://www.riken.jp/press/2019/20190726_2/index.html