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2018 年度 実施状況報告書

第一原理バンド計算に基づく光電子スペクトル解析プログラムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K03550
研究機関東京理科大学

研究代表者

浜田 典昭  東京理科大学, 理工学部物理学科, 教授 (00126145)

研究分担者 齋藤 智彦  東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 教授 (30311129)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード第一原理電子状態計算 / 原子の光イオン化断面積 / 光電子分光スペクトル / 硬X線光電子分光
研究実績の概要

(プログラム開発)従来の原子の光イオン化断面積の表を用いた光電子スペクトルの解析作業を大幅に軽減するために、原子の光イオン化断面積を自前で計算できるプログラムを開発した。まず、第一原理電子状態計算によって得られる部分状態密度の計算方法を改良し、次に、赤外線から硬X線までの入射光に対応する「原子の光イオン化断面積計算プログラムの開発」を行った。これにより、硬X線光電子分光(HAXPES)を含む「角度積分光電子スペクトルの計算」がより正確に行えるようになり、一連の計算をほぼ自動化することができた。

(テスト計算)LaMnO3についてテスト計算を行い、入射光のエネルギーを変えた光電子スペクトルの計算において良好な結果を得た。硬X線光電子分光(HAXPES)利用への展望を得ることができ、光電子分光の効率的な解析の一つの枠組みを作ることができた。今のところ、適用した物質の例が少なく、計算精度、汎用性、操作性などの課題を残した。

(実験結果との比較)LaCoO3の価電子帯の硬X線光電子分光(HAXPES)スペクトルを、HAXPESで顕著に現れる「入射光偏光-光電子放出角依存性」も含めて、LDA+Uバンド構造計算と比較した。その結果、これまで一般的に用いられてきている、原子の電子光イオン化断面積と部分状態密度に基づいた、光電子スペクトルシミュレーションでは明らかに不一致が大きいことを明らかにし、このことから価電子帯におけるCo 4sp状態の重要性を指摘した。

現在までの達成度 (区分)
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

(プログラム開発)赤外線から硬X線に至る任意のエネルギーに対する光電子スペクトルを短時間で計算できるようになり、実験の解析作業を効率よく行える一つの枠組みを作った。プロジェクト全体の基礎を築くことができ、次年度への展望が開ける良好な結果となった。

(実験結果との比較)LaCoO3の実験結果との比較において、これまでのシミュレーションでは把握できていなかったCo 4sp状態の重要性を見出せたので、概ね順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

(使い易いプログラムの作成)今回開発したプログラムの計算精度の確認を行うと同時に、プログラムの操作性を高め、実験家にも使い易いものを目指し改良を重ねる。
(プログラム開発)今年度開発したプログラムの発展として、角度分解光電子分光プログラムの開発を行う。グラフィックによる計算結果の表示にも力を入れる必要がある。
(新規プログラム開発)原子波動関数ではなく、バンド計算によって得られる結晶の波動関数を用いて光電子強度を計算するプログラムの開発を行う。これは未踏の領域であり困難が予想されるが、果敢に挑戦する。
(実験結果との比較)価電子帯HAXPESスペクトルと新プログラムによる計算結果との詳細な比較には未だ至っていないので、これを行う。さらに、大学院生に対して利用講習会を実施し、各人が分担してより多くの物質に適用して妥当性を検討する。
(研究計画の変更)新プログラムの利用講習会の実施費用を計上していたが、年度末実施予定となってしまったので、これを次年度初めに移動した。

次年度使用額が生じた理由

講習会を開催する予定であったが、年度末になり、次年度早々の開催に変更した。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [学会発表] 硬X線光電子分光法(HAXPES)によるLaCoO3の電子構造2019

    • 著者名/発表者名
      金井大輔、高柳亮平、大川万里生、小林義彦、保井晃、池永英司、齋藤智彦
    • 学会等名
      第32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] Electronic structure of Pr1-xYxCoO3 showing a unique magnetic state2019

    • 著者名/発表者名
      D. Kanai, R. Takayanagi, M. Okawa, Y. Kobayashi, M. Kobayashi, M. Minohara, K. Horiba, H. Kumigashira, A. Yasui, E. Ikenaga, and T. Saitoh
    • 学会等名
      The 1st International Workshop on Momentum Microscopy and Spectroscopy for Materials Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic structure of LaCoO3 probed by Hard x-ray photoemission spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      D. Kanai, R. Takayanagi, M. Okawa, Y. Kobayashi, A. Yasui, E. Ikenaga, and T. Saitoh
    • 学会等名
      The 23rd Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • 国際学会
  • [学会発表] 特異な磁性状態を示すLaCoO3の電子構造の研究2019

    • 著者名/発表者名
      金井大輔、高柳亮平、大川万里生、小林義彦、保井晃、池永英司、齋藤智彦
    • 学会等名
      2018年度量子ビームサイエンスフェスタ・第36回PFシンポジウム
  • [学会発表] La1-xSrxMnO3における価電子帯光電子分光スペクトルの温度・hn依存性2019

    • 著者名/発表者名
      大江日南子、中島優世、大川万里生、野田正亮、菱田智子、大林和重、保井晃、池永英司、桑原英樹、齋藤智彦
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] 共鳴光電子分光法によるPr1-xYxCoO3の電子構造の研究II2018

    • 著者名/発表者名
      金井大輔、高柳亮平、中村拓海、大川万里生、小林義彦、小林正起、簑原誠人、堀場弘司、組頭広志、小野寛太、E. F. Schwier、島田賢也、齋藤智彦
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [学会発表] Electronic structure of Pr1-xYxCoO3 probed by photoemission spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kanai, Ryohei Takayanagi, Mario Okawa, Yoshihiko Kobayashi, Masaki Kobayashi, Masato Minohara, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Akira Yasui, Eiji Ikenaga, and Tomohiko Saitoh
    • 学会等名
      International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science (TASPEC)
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin crossover phenomena in trivalent Co oxides from a viewpoint of electronic structure2018

    • 著者名/発表者名
      齋藤智彦
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Property of highly doped magnetic semiconductor - supercell band-structure-calculation approach -2018

    • 著者名/発表者名
      Noriaki Hamada, Akira Masago, Hikari Shinya, Tetsuya Fukushima, and Hiroshi Katayama-Yoshida
    • 学会等名
      CSRN-Osaka Annual Workshop 2018
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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