擬二次元遷移金属酸化物における電荷スピン軌道秩序相の低エネルギーダイナミクス

准二维过渡金属氧化物中电荷自旋轨道有序相的低能动力学

基本信息

批准号：
09J05941
负责人：
打田正輝
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

擬二次元層状ペロブスカイト型Ni酸化物R2-xSrxNiO4(R=希土類元素)は、高温超伝導Cu酸化物と対照的な物質であり、その電子構造の共通点・相違点に古くから興味が持たれている。本系は多彩な電荷スピン軌道秩序相が見出される系としても有名であり、低Srドープ域においてストライプ型の電荷・スピン秩序相(x~1/3)、チェッカーボード型の電荷秩序相(x~1/2)を示し、それらの融解を経てx~1においてモット転移を示すことが知られている。前年度・前々年度の研究により、転移近傍組成ではx2-y2軌道由来の大きなホール的フェルミ面が存在し、(pi,0)付近の角度分解光電子スペクトルが0.2eV程度のはっきりとした擬ギャップ構造を示すことが明らかになった。この振る舞いはアンダードープ系のCu酸化物で共通して見られる大きな擬ギャップ構造と非常によく類似しており、その有力な起源としてx2-y2軌道におけるチェッカーボード型電荷相関が考えられている。しかしながら、LDA計算で予測されている残りの電子ポケットの存在、(pi,0)近傍における詳細なフェルミ面の形状、仕事関数に依存する実際のフェルミ面の大きさ等は明らかになっていなかった。今回既に7eVレーザーによる高分解能角度分解光電子分光測定に成功していたEu0.9Sr1.1NiO4について、新たにSPring-8(BL-17SU)にて軟X線を用いた3次元角度分解光電子分光実験を行うことで、kz方向を含む詳細な三次元フェルミ面構造が明らかになり、ガンマ点近傍に存在する非常に小さな電子ポケットの存在が確認された。また、対称点における軟X線の偏光依存性を測定することで、この電子ポケットがLDA計算の予測する通り3z2-r2軌道由来のものであることも確認された。x2-y2軌道由来の大きなホールフェルミ面については、kz方向に弱いワーピングを示すことが明らかになった。本発見は層状ニッケル酸化物系において3z2-r2バンドがx2-y2バンドのすぐ近くに位置することを実証しており、このようなフェルミ面近傍の多バンド・多軌道性が高温超伝導の発現に強く不利に働いている可能性を示している。

准二维层状钙钛矿型Ni氧化物R2-xSrxNiO4（R=稀土元素）是一种与高温超导Cu氧化物形成对比的材料，其电子结构的异同长期以来一直受到人们的关注。是。该系统也因发现各种电荷自旋轨道有序相而闻名，包括条纹型电荷自旋有序相（x~1/3）和棋盘型电荷自旋有序相。相（x〜1/3）在低Sr掺杂区域〜1/2）并且已知在熔化后在x〜1处表现出莫特转变。前年和前年的研究表明，跃迁附近的成分中存在源自x2-y2轨道的大型霍尔式费米面，并且(pi,0)附近的角分辨光电子能谱具有约0.2eV的清晰赝能隙结构已变得清晰。这种行为与欠掺杂铜氧化物中常见的大赝能隙结构非常相似，x2-y2 轨道中的棋盘电荷相关性被认为是可能的起源。然而，LDA计算预测的剩余电子袋的存在、(pi,0)附近的费米面的详细形状、取决于功函数的费米面的实际尺寸等尚未明确。这次，我们将在 SPring-8 (BL-17SU) 上使用软 X 射线对 Eu0.9Sr1.1NiO4 进行新的三维角分辨光电子能谱实验，该实验已经使用高分辨率角分辨光电子能谱进行了成功测量。使用7eV激光进行分辨光电子能谱，揭示了包括kz方向的详细三维费米表面结构，并证实了伽马点附近存在非常小的电子袋。此外，通过测量对称点处软X射线的偏振依赖性，证实了该电子袋源自3z2-r2轨道，正如LDA计算所预测的那样。研究表明，源自 x2-y2 轨道的大霍尔费米面在 kz 方向上表现出弱翘曲。这一发现表明，层状氧化镍体系中的3z2-r2能带与x2-y2能带非常接近，这种靠近费米表面的多能带/多轨道性质是高温超导性发展的原因这表明情况可能对政府不利。