共鳴非弾性X線散乱を用いた遷移金属酸化物における素励起の研究

利用共振非弹性 X 射线散射研究过渡金属氧化物中的元素激发

基本信息

批准号：
13740200
负责人：
石原純夫
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University (2002)The University of Tokyo (2001)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、遷移金属酸化物における素励起を調べる手段として、共鳴非弾性X線散乱の理論を構築する事である。この方法は、入射X線を固体内に含まれる元素の吸収端に設定して非弾性X線散乱を行うものである。平成14年度の課題として、遷移金属酸化物の金属絶縁体転移近傍の異常金属相における素励起に着目し、これを対象とした共鳴非弾性X線散乱の理論研究を行った。スピン、軌道秩序のある絶縁体相における理論の構築とスペクトルの計算は平成13年度に実施しており、本年度はこれを拡張すると共に、金属相における素励起の特徴とこれを観測する手段としての共鳴非弾性X線散乱に焦点を当てた。具体的な系としてホールをドープしたペロフスカイト型結晶構造のマンガン酸化物を取り上げ、これを(1)軌道秩序の残る強磁性絶縁体相、(2)軌道液体が実現していると考えられる強磁性金属相の2つにその領域を分けた。前者では昨年度に引き続いてリウヴィル演算子法、複合演算子法とハートリーフォック近似を併用し、後者では軌道秩序が無いことから有限サイトにおけるハミルトニアンの数値厳密対角化法を用いる事でスペクトルの計算を行った。以下に得られた結果を簡単にまとめる。(1)軌道秩序強磁性絶縁体相では、ホールのドープされていない絶縁体相LaMnO_3に比べ、スペクトルの大きな波数依存性が得られた。これは両者で異なる軌道秩序を取るためであり、これは特にc軸方向において顕著であることを見出した。(2)軌道秩序の無い強磁性金属相においては、ホールの導入に伴い低エネルギー領域へのスペクトル強度の移行が見出された。これはこれまで許されていたモットギャップ間の励起に加え、下部ハバードバンド内の励起が可能となったためである。最近SPring-8でLa_<1-x>Sr_xMnO_3(x=0.12,0.2,0.4)において詳細な共鳴非弾性X線散乱の実験が行われた。実験と本研究の結果を比較する事で、上記の2つの特徴が実験データにおいて見られている事が明らかとなっている。

本研究的目的是构建共振非弹性 X 射线散射理论，作为研究过渡金属氧化物中元素激发的一种手段。该方法通过将入射X射线设置在固体中所含元素的吸收端来进行非弹性X射线散射。作为2002财年的课题，我们重点关注过渡金属氧化物金属-绝缘体转变附近的异常金属相的基元激发，并进行了共振非弹性X射线散射的理论研究。 2001年进行了自旋和轨道有序绝缘相的理论构建和光谱计算，今年我们将在此基础上进行扩展，研究金属相中基元激发的特征及其观测手段专注于共振非弹性 X 射线散射。作为一个具体的系统，我们采用具有钙钛矿型晶体结构的空穴掺杂锰氧化物，并将其描述为（1）具有剩余轨道顺序的铁磁绝缘体相，以及（2）被认为是通过轨道实现的铁磁态。该区域分为两个金属相。在前者中，我们继续使用去年所做的Liouville算子方法、复合算子方法和Hartree-Fock近似，而在后者中，由于没有轨道序，我们使用了精确的数值对角化方法有限位点上的哈密顿量来计算频谱我做到了。所获得的结果简要总结如下。 (1)与空穴未掺杂绝缘体相LaMnO_3相比，在轨道有序铁磁绝缘体相中，光谱具有更大的波数依赖性。这是因为两者的轨道顺序不同，我们发现这在c轴方向尤其明显。 (2)在没有轨道序的铁磁金属相中，随着空穴的引入，光谱强度向低能区移动。这是因为，除了以前允许的莫特能隙之间的激发之外，现在也可以在较低的哈伯德带内激发。最近，在SPring-8上对La_1-xSr_xMnO_3(x=0.12,0.2,0.4)进行了详细的共振非弹性X射线散射实验。通过比较实验和本研究的结果，可以清楚地看出，实验数据中观察到了上述两个特征。