共鳴非弾性X線散乱による銅酸化物高温超伝導秩序と電荷励起の統一的観測

本計画では最適ドープ銅酸化物高温超伝導体における電荷秩序・素励起を酸素K吸収端共鳴非弾性X線散乱(RIXS)によって包括的に観測することを目的としている。実施計画に添い、最適ドープBi2223のRIXS実験をTaiwan Photon Source 41Aにおいて実施した。測定は移行運動量q=(H,0,L)方向について行なった。まず検出器角度を最大の150度で固定し、サンプル角度を回転させることで励起スペクトルを幅広い運動量移行で測定したところ、音響プラズモンを明瞭に観測することに成功した。プラズモン分散はq=(0,0,L)のゾーン中央でエネルギーが０になる分散関係を持ち、これは２次元電子系の集団電荷励起の特徴である。また、電荷秩序およびそれに伴うフォノン異常の観測にも成功した。次にRIXS測定をディテクター角度とサンプル角度を同時に調整することでLを固定した測定を行なった。予想とは異なり、Bi2223の音響プラズモンの分散関係はLにほとんど依存しないことがわかった。また、超伝導ギャップ励起の同時観測を目指し、低エネルギー領域も詳細に調べた。その結果、低エネルギーの散乱強度は運動量の大きさによらずフォノン励起によって支配されていることがわかった。すなわち酸素K端で測定されるRIXS断面積においては超伝導ギャップ励起を含む低エネルギーの電子励起の強度は弱いことが判明した。以前の銅L吸収端におけるRIXS測定の結果は運動量が小さいところでは電子励起が支配的で、フォノン励起は運動量が大きいところでのみ顕著になる振る舞いを示していた。酸素K吸収端と銅L吸収端とでは散乱断面積が定性的に異なることを示しており、これは新たな知見と言える。また可視光領域におけるスペクトロメータを購入し、実験室における可視光ラマン散乱装置の建設を進めた。

本計画では最適ドープ銅酸化物高温超伝導体における電荷秩序・素励起を酸素K吸収端共鳴非弾性X線散乱(RIXS)によって包括的に観測することを目的としている。実施計画に添い、最適ドープBi2223のRIXS実験をTaiwan Photon Source 41Aにおいて実施した。測定は移行運動量q=(H,0,L)方向について行なった。まず検出器角度を最大の150度で固定し、サンプル角度を回転させることで励起スペクトルを幅広い運動量移行で測定したところ、音響プラズモンを明瞭に観測することに成功した。プラズモン分散はq=(0,0,L)のゾーン中央でエネルギーが０になる分散関係を持ち、これは２次元電子系の集団電荷励起の特徴である。また、電荷秩序およびそれに伴うフォノン異常の観測にも成功した。次にRIXS測定をディテクター角度とサンプル角度を同時に調整することでLを固定した測定を行なった。予想とは異なり、Bi2223の音響プラズモンの分散関係はLにほとんど依存しないことがわかった。また、超伝導ギャップ励起の同時観測を目指し、低エネルギー領域も詳細に調べた。その結果、低エネルギーの散乱強度は運動量の大きさによらずフォノン励起によって支配されていることがわかった。すなわち酸素K端で測定されるRIXS断面積においては超伝導ギャップ励起を含む低エネルギーの電子励起の強度は弱いことが判明した。以前の銅L吸収端におけるRIXS測定の結果は運動量が小さいところでは電子励起が支配的で、フォノン励起は運動量が大きいところでのみ顕著になる振る舞いを示していた。酸素K吸収端と銅L吸収端とでは散乱断面積が定性的に異なることを示しており、これは新たな知見と言える。また可視光領域におけるスペクトロメータを購入し、実験室における可視光ラマン散乱装置の建設を進めた。