強相関物質表面での光誘起相転移の光電子分光

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19340092
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 溝川 貴司 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 准教授 (90251397)
• キーワード: 強相関電子系 / 光誘起相転移 / 光電子分光 / 光メモリー / 光スイッチ

研究概要

SrTiO_3およびTi_<1-x>Co_xO_<2-δ>の表面において、バンドギャップよりも大きなエネルギーを持つ紫外線照射によって誘起されるキャリアーの性質を光電子分光によって解明した。SrTiO_3では紫外線によって励起されたキャリアーがバンドギャップ中に束縛状態として観測されることを示し、Ti3dバンドの軌道縮退を考慮したモデルによって実験結果を解釈できることを提案した。この成果は、誘電体において光励起されたキャリアーを利用する光スイッチ開発の基礎となる可能性を示している。一方、Ti_<1-x>Co_xO_<2-δ>では表面に形成された空乏層に光誘起キャリアーが流れ込んで表面層での強磁性状態を形成することを実験的に証明し、光励起キャリアーによるスピントロニクスの実現の可能性を示した。これらの永続的な光誘起相転移に関しては、光電子分光の特色を活かした独創的な研究成果が得られたが、過渡的な光誘起相転移については応用が期待できる相転移を発見することはできなかった。これらの遷移金属酸化物に関する成果に加えて、NiやFeを含むカルコゲナイドやプニクタイトの表面において、熱的に励起された電子ホール対(励起子)のボーズ・アインシュタイン凝縮(BEC)の観測などに成功し、その結果の一部はPhysical Review Lettersに発表されて注目を集めている。分極率の大きな陰イオンを持つ遷移金属化合物では、種々の相転移を励起子のBECあるいはBCS転移と解釈することが可能であり、この解釈に基づいて新しいタイプの強相関電子系の光相制御を提案して、強相関電子系の分野においてインパクトを与えつつある。

研究成果

• [雑誌論文] Interplay between magnetic impurities and photoinduced carriers in surface depletion layer of anatase Ti<1-_x>Co_xO_<2-δ> thin film probed by x-ray photoemission spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Yamashita, T.Sudayama, T.Mizokawa, Y.Yamada, T.Fukumura, M.Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 96 ページ: 021907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-Induced In-Gap States in SrTiO_3 Probed by Photoemission Spectroscopy under Ultraviolet Illumination (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Mizokawa, N.Takaiwa, Y.Fujiwara, T.Iida, K.Takubo, J.-Y.Son, T.Ishikawa, M.Itoh, M.Takesada
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 79 ページ: 044703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valence fluctuations and correlated metallic states in A-site ordered perovskite oxides ACu3V4012(A=Na, Ca, and Y) (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Morita, T.Sudayama, K.Takubo, H.Shiraki, T.Saito, Y.Shimakawa, T.Mizokawa
  • 雑誌名: Physical Review B 81(掲載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band structure of the heavily-electron-doped FeAs-based Ba(Fe, Co)_2As_2 superconductor suppresses antiferromagnetic correlations (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sudayama, Y.Wakisaka, K.Takubo, R.Morinaga, T.J.Sato, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi, T.Mizokawa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 105(掲載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure study of triangular lattices in FeGa_2S_4. Fe_2Ga_2S_5. and NiGa_2S_4 : Photoemission spectroscopy and Hartree-Fock calculations (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Takubo, T.Mizokawa, Y.Nambu, S.Nakatsuji
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 134422
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Neck-Collapsing-Type Lifshitz Transition Induced by Orbital Symmetry Breaking in Lightly Hole Doped t_<2_g> Bands (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Ikedo, Y.Wakisaka, S.Hirata, K.Takubo, T.Mizokawa
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 78 ページ: 063707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitonic Insulator State in Ta_2NiSe_5 Probed by Photoemission Spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Wakisaka, T.Sudayama, K.Takubo, T.Mizokawa, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi, N.Katayama, M.Nohara, H.Takagi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 103 ページ: 026402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bulk-sensitive photoemission study of Acu_3Ru_4O_12(A=Ca, Na, and La)with heavy-fermion behavior (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Sudayama, Y.Wakisaka, K.Takubo, T.Mizokawa, W.Kobayashi, I.Terasaki, S.Tanaka, Y.Maeno, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi
  • 雑誌名: Physical Review B 80 ページ: 075113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metallic versus insulating behavior in the A-site ordered perovskite oxides ACu_3Co_4O_12(A=Ca and Y)controlled by Mott and Zhang-Rice physics (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Mizokawa, Y.Morita, T.Sudayama, K.Takubo, I.Yamada, M.Azuma, M.Takano, Y.Shimakawa
  • 雑誌名: Physical Review B 80 ページ: 125105
  • 査読あり
• [学会発表] Orbitally induced spin-charge modulation and pseudogap formation in the high-T_c superconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Mizokawa, T.Sudayama, Y.Wakisaka
  • 学会等名: 9^<th> international conference on Materials and Magnetism of superconductivity
  • 発表場所: Keio Plaza Hotel, Tokyo
  • 年月日: 2009-09-08