擬一次元バナジウム系の金属絶縁体転移と軌道状態

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23540412
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 佐藤 仁 広島大学, 放射光科学研究センター, 准教授 (90243550)
• 研究分担者: 沢田 正博 広島大学, 放射光科学研究センター, 准教授 (00335697) ; 田中 新 広島大学, 先端物質科学研究科, 助教 (70253052)
• キーワード: 金属絶縁体転移 / 擬一次元系 / バナジウム系 / 光電子分光 / 線二色性分光 / 共鳴散乱

研究概要

BaVS3は、V(3d1)イオンがc軸に沿って鎖状に並んだ擬一次元物質である。室温から温度を下げると、240 KでわずかにVイオン鎖がジグザグになり、六方晶から正方晶に構造相転移する。さらに70 Kで、2次の金属絶縁体転移(MIT)を示す(高温側:金属、低温側:絶縁体)。このとき磁性はCurie-Weiss的な振る舞いから磁気秩序のない状態に転移する。MITの起源については現在のところ定説はないが、電荷密度波不安定性、あるいは、Mott転移にもとづくモデルが提出されている。本研究の目的は、高分解能光電子分光、V 2p-3d軟X線吸収線二色性分光、V 2p-3d共鳴散乱から、BaVS3のV 3d状態について実験的知見を得、特にTMI=70KでのMITのシナリオを構築することである。
広島大学放射光科学研究センター(HiSOR)BL1で得られた偏光依存角度分解光電子分光により、a1g軌道、egp軌道を分離して観測することに成功した。その結果a1g軌道はTMIより上の150-120 Kでギャップを形成し、一方egp軌道は丁度TMIでギャップを形成することを明らかにした。a1g軌道の一次元不安定性がMITの駆動力になるがMITにはいたらず、120-70 Kでa1g軌道、egp軌道が協同的に局在化しMITに至ると考えられる。HiSOR BL14においてV 2p-3d軟X線吸収分光を実施し、線二色性(LD)の観測に成功した。MIT前後でV 3d軌道の占有状態はほとんど変化しないが、理論解析の結果、V鎖方向にegp-egp-egp-a1gの配列に近いことを明らかにした。また軟X線共鳴散乱の理論解析から、30 K以下で生じる磁気秩序のスピン状態を推察した。a,b,c成分がほぼ同程度の共軸反強磁性状態、もしくは、スパイラル状態を仮定することで、共鳴散乱およびLDの結果が説明できる。

研究成果

• [雑誌論文] Angle resolved photoemission study of GeBi2Te4 (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Arita, H. Sato, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Sasaki, A. Ohnishi, H.-J. Kim
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Conf. Proc 巻: Vol.1 ページ: 012117/4
  • DOI: 10.7566/JPSCP.1.012017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hard x-ray photoemission spectroscopy of quasi-one-dimensional BaVS3 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Sato, K. Tobimatsu, A. Tanaka, H. Nakamura, Y. Utsumi, K. Mimura, S. Motonami, K. Shimada, S. Ueda, K. Kobayashi, H. Namatame, M. Taniguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Conf. Proc. 巻: 1 ページ: 012116/4p
  • DOI: 10.7566/JPSCP.1.012116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization-dependent ARPES study on quasi-one-dimensional BaVS3 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Sato, K. Tobimatsu, A. Tanaka, H. Nakamura, H. Hayashi, H. Iwasawa, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Conf. Proc. 巻: - ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital and magnetic orders in quasi-one-dimensional compound BaVS3 (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Tanaka, H. Sato, H. Nakamura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Conf. Proc. 巻: - ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced valence change of YbNiGe3 investigated by resonant x-ray emission spectroscopy at the Yb L3 edge (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Sato, H. Yamaoka, Y. Utsumi, H. Nagata, M. A. Avila, R. A. Ribeiro, K. Umeo, T. Takabatake, Y. Zekko, J. Mizuki, J.-F. Lin, N. Hiraoka, H. Ishii, K.-D. Tsuei, H. Namatame, M. Taniguchi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 045112/8p
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.045112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bulk nature of layered perovskite iridates beyond the Mott scenario: An approach from a bulk-sensitive photoemission study (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Yamasaki, S. Tachibana, H. Fujiwara, A. Higashiya, A. Irizawa, O. Kirilmaz, F. Pfaff, P. Scheiderer, J. Gabel, M. Sing, T. Muro, M. Yabashi, K. Tamasaku, H. Sato, H. Namatame, M. Taniguchi, A. Hloskovskyy, H. Yoshida, H. Okabe, M. Isobe, J. Akimitsu, W. Drube, R. Claessen, T. Ishikawa, S. Imada, A. Sekiyama, S. Suga
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 121111R/5p
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.121111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Core excitations in resonant x-ray Raman scattering of titanium oxides: an approach for electronic structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Tezuka, T. Sasaki, Y. Fujita, T. Iwamoto, H. Osawa, S. Nozawa, N. Nakajima, H. Sato, T. Iwazumi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 014707/9p
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.014707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hard x-ray photoemission study of the covalent-chain antiferromagnets TlFeS2 and TlFeSe2 (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Mimura, S. Motonami, Y. G. Shim, K. Wakita, Z. Jahangirli, O. Alekperov, N. Mamedov, H. Sato, Y. Utsumi, S. Ueda, K. Shimada, Y. Taguchi, K. Kobayashi, G. Bihlmayer, H. Namatame, M. Taniguchi
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi C 巻: 10 ページ: 989-992
  • DOI: 10.1002/pssc.201200814
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structures of ternary-layered semiconductor TlGaSe2 investigated by photoemission spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Motonami, K. Mimura, Y. G. Shim, K. Wakita, H. Sato, Y. Utsumi, S. Ueda, M. Nakatake, K. Shimada, Y. Taguchi, K. Kobayashi, H. Namatame, M. Taniguchi, G. Orudzhev, N. Mamedov
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi C 巻: 10 ページ: 1001-1004
  • DOI: 10.1002/pssc.201200863
  • 査読あり
• [学会発表] 共鳴X線回折の解析による電子状態の対称性の理論 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中新
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 20140327-30
• [学会発表] 強磁性半導体薄膜Ge0.6Mn0.4Te中で格子歪みのあるサイトとないサイト:蛍光X線ホログラフィーによる観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也，八方直久，林好一，仙波伸也，佐藤仁，鈴木基寛
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 20140111-20140113
• [学会発表] 硬X線光電子分光によるTlFeX2(X=S,Se)の電子状態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三村功次郎，本並哲，沈用球，脇田和樹，Z. Jahangirli，O. Arekperov，N. Mamedov，佐藤仁，内海有希，上田茂典，田口幸広，島田賢也，小林啓介，G. Bihlmayer，生天目博文，谷口雅樹
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 20140111-20140113
• [学会発表] トポロジカル絶縁体GeBi2Te4の角度分解光電子分光:準粒子散乱について (2014)
  • 著者名/発表者名: 有田将司，佐藤仁，佐々木実，大西彰正，H.-J. Kim，島田賢也，生天目博文，谷口雅樹
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 20140111-20140113
• [学会発表] Electronic structure of Yb-based heavy fermion compounds : Physics and spectroscopic studies using synchrotron radiation (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sato
  • 学会等名: 2013 Korean-Japanese Students Workshop
  • 発表場所: Pusan National University, Korea
  • 年月日: 20130826-20130827
  • 招待講演
• [学会発表] Polarization-dependent ARPES study on quasi-one-dimensional BaVS3 (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sato, K. Tobimatsu, A. Tanaka, H. Nakamura, H. Hayashi, H. Iwasawa, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi
  • 学会等名: Strongly Correlated Electron Systems 2013 (SCES'13)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20130805-20130809
• [学会発表] Orbital and magnetic orders in quasi-one-dimensional compound BaVS3 (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tanaka, H. Sato, H. Nakamura
  • 学会等名: Strongly Correlated Electron Systems 2013 (SCES'13)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20130805-20130809
• [学会発表] Hard x-ray photoemission spectroscopy of quasi-one-dimensional BaVS3 (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sato, K. Tobimatsu, A. Tanaka, H. Nakamura, Y. Utsumi, K. Mimura, S. Motonami, K. Shimada, S. Ueda, K. Kobayashi, H. Namatame, M. Taniguchi
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference of AAPPS (APPC12)
  • 発表場所: Makuhari,Japan
  • 年月日: 20130714-20130719
• [学会発表] Angle resolved photoemission study of GeBi2Te4 (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Arita, H. Sato, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Sasaki, A. Ohnishi, H.-J. Kim
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference of AAPPS (APPC12)
  • 発表場所: Makuhari,Japan
  • 年月日: 20130714-20130719
• [学会発表] 遷移金属化合物における共鳴軟X線回折の理論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中新
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会「真空紫外・軟Ｘ線放射光物性研究の将来」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 20130528-20130529