ブックタイトル日本結晶学会誌Vol57No1

概要

日本結晶学会誌Vol57No1

石井賢司，藤田全基図5(a) x=0Energy [eV]Energy [eV]0.30.20.10.30.20.1た．一方，INSでは，母物質の反強磁性ブラッグ点q AF＝（0.5，0.5）近傍††の，銅L 3吸収端IXSよりは低エネルギーのスピン励起を議論する．Pr 1.40-xLa 0.60Ce xCuO 40 0.5 1.0 1.5 2.0Momentum h in q ||=(h,0.5)図5aに母物質（x＝0），図5bに電子をドープした物質（x＝0.18）のINSの強度マップを示す．図5aの0.1 eV付近，図5bの0.1 eVと0.31 eV付近にある運動量依存性のない励起は，試料に含まれる希土類の結晶場励起によるもので，ここでは無視する．母物質のPr 1.60La 0.40CuO 4では，Nd 2CuO 4と同様，反強磁性スピン波が観測されている．そのピーク位置を図中に重ねてプロットすると青い●のようになり，Nd 2CuO 4のスピン波分散とほぼ一致する．この結果は，IXSで測定したNCCOとINSで測定したPLCCOの間でスピン励起の比較が有意であることIntensity [arb. units]0 0.5 1.0 1.5 2.0Momentum h in q ||=(h,0.5)(b) x=0.181(c)Intensity [arb. units]Energy = 0.24-0.27 [eV]x=0x=0.08x=0.18-1 0 1Momentum h in q ||=(h,0.5)Pr1.40?xLa0.6CexCuO4のINS強度マップとその定エネルギーカット．（INSintensitymapsofPr1.40?xLa0.6CexCuO4and their constant energy cuts.）（a，b）図中の青い●はスピン励起のピーク位置を表す．（c）破線は磁気ブラッグ点q AF＝（0.5，0.5）を示す．（a）の0.1 eV付近，（b）の0.1 eVと0.31 eV付近にある運動量依存性のない励起は，試料に含まれる希土類の結晶場励起によるものである．編集部注：カラーの図はオンライン版を参照下さい．††銅L 3吸収端（約933 eV）のX線は，波長が長過ぎるためにq AFまでは測定することができない．0.50の根拠となる．電子がドープされると，0.1～0.3 eVの強度はq AFに集中し，q ||＝q AFから急峻に立ち上がる励起に変化する．筆者らのグループがこのようなq AFから急峻に立ち上がる励起がおよそ0.18 eVまで存在していることを過去のINSの実験から報告していたが，13）今回の研究で，それがさらに0.3 eV付近まで続いていることが明らかになった．図3cには，0.24～0.27 eVの強度を積分して運動量に対してプロットした結果を示す．母物質では，q ||＝（0.25，0）とその等価な位置にピークがあるが，電子ドーピングが進むにつれて，ピーク位置がq AFに向けてシフトしていく様子がわかる．別の言い方をすれば，ある運動量で固定してみると，ドーピングによって励起が高エネルギーにシフトしているということになり，銅L 3吸収端RIXSで観測された特徴をINSでも捉えたことになる．3.2電荷励起3.2.1硬X線非弾性散乱（銅K吸収端RIXS）少し古い研究であるが本研究の議論に必要なので，以前のNCCOに対する銅K吸収端RIXSの研究結果について触れておく．8），14）図6aにq ||＝（0.25，0）で比較したNCCOのスペクトルを示す．先に述べたとおり，銅K吸収端RIXSでは電荷励起のみが観測される．モット絶縁体である母物質（x＝0）では明瞭なギャップが観測されており，電荷を動かすにはこのギャップを越えるエネルギーが必要となる．電子がドープされると1 eV付近に励起が現れる．その強度がほぼ電子濃度（x）に比例していることから，ドープされた電荷に関係した励起である．われわれは，これを銅の上部ハバードバンドにおけるバンド内励起と考えた．図6bにx＝0.15の運動量依存性を示す．ここでは，スペクトルを弾性散乱（緑一点鎖線），バンド内励起（赤長波線），モットギャップを越える励起（黄色二点鎖線），より高エネルギーにある励起の裾（灰色短破線）で解析した．その結果からわかるように，電子ドープによって出現したバンド内励起は大きな分散をもっている．図6cには運動量・エネルギーに対するRIXS強度マップを示す．q ||＝（0，0）付近で2 eVにあるピークがモットギャップを越える励起，q ||＝（0，0）から立ち上がる分散をもった励起がバンド内励起である．図6bと同様の方法で求めたバンド内励起のピーク位置を図6cに重ねると，薄赤?のような分散になる．この実験を行った2004年当時のエネルギー分解能は約400 meVであり，q ||＝（0，0）の近傍，エネルギーにしておよそ1 eV以下の励起は観測できていなかった．3.2.2軟X線非弾性散乱（銅L 3吸収端RIXS）図3bでは，単一スピン反転励起とdd励起の間にあるスペクトル強度を，母物質では主としてtwo magnon励起によるものと考えた．ラマン散乱の実験では，twomagnon励起は電子ドープともに強度が失われることが24日本結晶学会誌第57巻第1号（2015）