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2011 年度 実績報告書

偏光依存角度分解光電子分光によるマルチバンド強相関物質の微細電子構造の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22740233
研究機関広島大学

研究代表者

岩澤 英明  広島大学, 放射光科学研究センター, 特任助教 (90514068)

キーワード強相関電子系 / 超伝導 / 角度分解光電子分光 / ルテニウム酸化物 / 多体相互作用
研究概要

本研究は、放射光の「偏光特性」・「励起光の可変性」を利用した角度分解光電子分光(ARPES)により、これまでの研究では困難であったマルチバンド系強相関層状遷移金属酸化物における微細電子構造の解明を目的としている。前年度の研究から、上記の放射光の特徴を上手く活用することで、複数の電子バンドを分離し、選択的に観測できること、さらには、フェルミ準位近傍の電子バンドに働く電子・格子相互作用を評価することが可能であることが分かった。一方で、電子・格子相互作用を「定量的」に評価するためには、電子バンド幅(数eV)程度のエネルギースケールを持つ電子・電子相互作用も詳細に調べる必要があることが、これまでの研究から明らかとなっていた。
そこで本年度は、Sr_2RuO_4の電子バンドに働く多体相互作用の定量評価に向けて、伝導層を担う三つの電子バンド(Ru4d_<xy,yz,zx>)の内、バンド幅(W)の広い二次元的なd_<xy>バンドと一次元的なd_<yz,zx>バンドに対して、より広域的かつ高分解能の偏光依存ARPES測定を行った。その結果、銅酸化物高温超伝導体で広く観測されていた高結合エネルギー側のバンド分散における異常(HEA : High Energy Anomaly)が、Sr_2RuO_4のd_<xy>バンドに存在することが明らかとなった。詳細な自己エネルギー解析から、実験的に自己エネルギーの実部、虚部を導出し、さらにフェルミ液体論に基づく簡単なモデルを用いることで、自己エネルギーの振る舞いやスペクトル関数が再現できることが分かった。また、HEAのエネルギースケール(ω_c)が自己エネルギーの実部がゼロ点を横切るエネルギーで与えられることを示した。さらに、ω_cとWの関係により、W>ω_c(d_<xy>バンド)の場合にHEAが存在し、W<ω_c(d_<zy>バンド)の場合、HEAが現れないことが明らかとなった。これらの結果により、電子・電子相互作用と電子・格子相互作用をそれぞれ定量的に評価することが可能となった。
また、銅酸化物高温超伝導体(YBa_2Cu_3O_7)や典型的な二次元フェルミ液体であるCu,Agなどの表面準位においても、多体相互作用の定量解析も並行して進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究は「マルチバンド系強相関層状遷移金属酸化物において、多体相互作用の定量評価」を主な目的としている。これまでの研究から、マルチバンド系強相関物質Sr_2RuO_4において、放射光の「偏光特性」・「励起光の可変性」を利用することで、自己エネルギー解析から多体相互作用の情報を抽出できることを示している。さらに、昨年度の研究から、Sr_2RuO_4の電子・電子相互作用や電子・格子相互作用といったエネルギースケールの異なる多体相互作用の振る舞いが明らかとなり、これらの多体相互作用を定量評価する実験・解析方法を確立することに成功している。また、マルチバンド系のみならず、銅酸化物高温超伝導体(YBa_2Cu_3O_7)や典型的な二次元フェルミ液体であるCu,Agなどの表面準位においても、同様の測定・解析を進めている段階である。

今後の研究の推進方策

前年度の研究成果を踏まえて、今後はマルチバンド系強相関物質であるSr_2RuO_4の電子・電子相互作用と電子・格子相互作用の定量評価をはじめに行う。また、これまでは特定の励起光エネルギー・特定の波数での評価であったため、励起光エネルギーや波数を変化させた測定を行い、多体相互作用の結合の強さ(結合定数)の面内・面外の波数依存性を評価し、電子に関わる相互作用がどのような面内・面外波数依存性を持つかを検証する。その他の強相関電子系(銅酸化物高温超伝導体(YBa_2Cu_3O_7))や弱相関電子系(Cu,Agなどの表面準位)においても、同様の測定・解析を行うことで、電子・電子相互作用や電子・格子相互作用といった代表的な多体相互作用に関して、フェルミ液体論の範疇でどこまで強相関電子系の電子構造が理解できるかを把握したい。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] High-resolution photoelectron spectroscopy study of Kondo metals : SmSn_3 and Sm_<0.9>La_<0.1>Sn_32012

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Yamaoka, et al
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 ページ: 115120-1-115120-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.115120

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Character of valence-band states in the Kondo surface alloys CeAg_x/Ag(111) and CePt5/Pt(111)2012

    • 著者名/発表者名
      H.Schwab, et al
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 ページ: 125130-1-125130-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.125130

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New view of the Occupied band structure of Mo(112)2012

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fukutani, et al
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: (掲載決定)

    • 査読あり
  • [学会発表] VUV領域の高分解能角度分解光電子分光の偏光依存性2012

    • 著者名/発表者名
      岩澤英明
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-25
  • [学会発表] Angle-resolved Photoemission Spectroscopy Study on the High-energy Anomaly in the Energy Dispersion of Layered Transition-metal Oxides2012

    • 著者名/発表者名
      H.Iwasawa, et al
    • 学会等名
      The 16th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • 発表場所
      Hiroshima, Japan
    • 年月日
      2012-03-01
  • [学会発表] ルテニウム・銅酸化物超伝導体における高エネルギー領域のバンド分散の異常2012

    • 著者名/発表者名
      岩澤英明, 等
    • 学会等名
      第25回日本放射光学会
    • 発表場所
      鳥栖市
    • 年月日
      2012-01-08
  • [学会発表] 真空紫外線域の放射光を用いた酸化物超伝導体の微細電子構造の研究2012

    • 著者名/発表者名
      岩澤英明
    • 学会等名
      第25回日本放射光学会
    • 発表場所
      鳥栖市(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-07
  • [学会発表] 銅酸化物及びルテニウム酸化物超伝導体における電子バンドの繰り込み2011

    • 著者名/発表者名
      岩澤英明, 等
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2011-09-24
  • [学会発表] Band renormalization in cuprate and ruthenate superconductors2011

    • 著者名/発表者名
      H.Iwasawa
    • 学会等名
      International Workshop on Strong Correlations and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
    • 発表場所
      Berkeley, California, USA
    • 年月日
      2011-07-21
  • [学会発表] Angle-resolved photoemission studies of cuprate and ruthenate superconductors2011

    • 著者名/発表者名
      H.Iwasawa
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Stripes and High-T_c Superconductivity
    • 発表場所
      Rome, Italy(Invited)
    • 年月日
      2011-07-12

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公開日: 2013-06-26  

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