動的平均場理論を用いた共鳴非弾性X線散乱のマルチスケール解析手法の開発と応用

基于动态平均场理论的共振非弹性X射线散射多尺度分析方法的开发与应用

• 批准号: 21K13884
• 负责人: 播木 敦
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13884/
• 关键词: 共鳴非弾性X線散乱; 第一原理計算; 近藤効果; スピントロニクス; 超伝導; 遷移金属酸化物; 動的平均場理論; 強相関電子系; 素励起

本年度は、近藤転移と共鳴非弾性X線散乱(RIXS)スペクトルの低エネルギー励起構造の関係を調べた。昨年までに開発・整備した密度汎関数理論(DFT)と動的平均場理論(DMFT)に基づくRIXSスペクトルの計算コードを4f軌道自由度を扱えるように拡張した。近藤格子系の典型物質であるCePd3を研究対象として選び、M端RIXSスペクトルの温度依存性を計算し、RIXSの低エネルギー構造が近藤ギャップの形成やCe4fバンドの繰り込みを直接反映することを見出した。欧州の実験グループが最近測定したRIXSの温度変化と今回の計算結果がよく一致していることも確認できた。また、DFT+DMFT法で計算した一粒子スペクトルとRIXSの実験スペクトルの運動量依存性の比較から、近藤格子状態の形成に伴う非占有帯の4f状態の温度変化も明らかにした。また、ブルックヘブン国立研究所の実験グループと共同でFe2O3の高分解能RIXSを調べ、L端RIXSで５次までのマグノンを観測できることを示した。光学遷移選択則を正確に考慮したDFT+DMFT法によるRIXS計算とスピン波理論を用いて計算した運動量分散の結果を組み合わせ、5次までのマグノン分散特性とその光励起機構を明らかにした。L端RIXSの中間状態で内殻軌道に働く大きなスピン軌道相互作用及び内殻電子と価電子の多重項相互作用を正確に考慮することが、高次のスピン励起を理解・予言するために重要であることを示した。

今年，我们研究了共振非弹性 X 射线散射 (RIXS) 光谱中近藤跃迁与低能激发结构之间的关系。去年开发和维护的基于密度泛函理论（DFT）和动态平均场理论（DMFT）的RIXS谱计算代码已扩展到处理4f轨道自由度。我们选择近藤晶格系的典型材料CePd3作为研究对象，计算了M边RIXS谱的温度依赖性，发现RIXS的低能结构直接反映了近藤能隙的形成和Ce4f 能带的重正化。还证实了这一计算结果与欧洲一个实验组最近测量的RIXS温度变化非常吻合。此外，通过比较DFT+DMFT方法计算的单粒子能谱与RIXS的实验能谱的动量依赖性，我们还揭示了由于近藤晶格态的形成而导致的未占能带中4f态的温度变化。此外，我们与布鲁克海文国家实验室的一个实验组合作研究了 Fe2O3 的高分辨率 RIXS，结果表明使用 L 边缘 RIXS 可以观察到高达五阶的磁振子。通过结合使用精确考虑光学跃迁选择规则的DFT+DMFT方法的RIXS计算和使用自旋波理论计算的动量色散结果，我们阐明了高达五阶的磁振子色散特性及其光学激发机制。准确考虑作用于核心轨道的大自旋轨道相互作用以及L边RIXS中间态核心电子和价电子之间的多重相互作用对于理解和预测高阶自旋激发具有重要意义。

项目成果

Kondo physics in CaCu3Ru4O12: LDA+DMFT and X-ray photoemission spectroscopy study

CaCu3Ru4O12 中的近藤物理：LDA DMFT 和 X 射线光电子能谱研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Atsushi Hariki;Keito Kasebayashi;and Jan Kunes
• 通讯作者: and Jan Kunes

Dynamics of spin, orbital and charge excitations in strongly correlated materials revealed by resonant inelastic x-ray scattering

共振非弹性 X 射线散射揭示强相关材料中自旋、轨道和电荷激发的动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Atsushi Hariki;Keito Kasebayashi;and Jan Kunes;Atsushi Hariki
• 通讯作者: Atsushi Hariki

Aサイト秩序ペロブスカイト酸化物ACu3Fe4O12の金属絶縁体転移

A 位有序钙钛矿氧化物 ACu3Fe4O12 中的金属-绝缘体转变

• 发表时间: 2022
• 作者: 山口達也;Kyo-Hoon;Mathias Mathias;Jan Kunes;播木敦
• 通讯作者: 播木敦

内殻X線分光を用いた超伝導層状ニッケル酸化物の電子状態の研究

利用核心X射线光谱研究超导层状氧化镍的电子态

• 发表时间: 2022
• 作者: 東啓介;Mathias Winder;Jan Kunes;播木敦
• 通讯作者: 播木敦

Satellites in the Ti 1s core level spectra of SrTiO3 and TiO2

卫星 Ti 1s 核心能级光谱中的 SrTiO3 和 TiO2

• DOI: 10.1103/physrevb.106.205138
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Hariki Atsushi;Higashi Keisuke;Yamaguchi Tatsuya;Li Jiebin;Kalha Curran;Mascheck Manfred;Eriksson Susanna K.;Wiell Tomas;de Groot Frank M. F.;Regoutz Anna
• 通讯作者: Regoutz Anna