透過型高分解能エネルギー損失分光による高温超伝導体の電子構造の研究

利用透射高分辨率能量损失光谱研究高温超导体的电子结构

• 批准号: 05224207
• 负责人: 田中 通義
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 1994
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05224207/
• 关键词: 高温超伝導Y_<0.5>Cu_2O_8; Bi_2Sr_2Ca_<0.5>; プラズモン; フリーキャリアー; エネルギー損失分光; 誘電関数

透過型電子エネルギー損失分光(EELS)による高温超伝導体の電子構造の研究はドイツのカールスルーエ大学のFinkらによってなされてきた。かれらは、EELSスペクトルの1.2eV付近にフリーキァリアーに由来するプラズモンピークが現れ、フリーキャリアーの有効質量はm^*/m〜1であると報告している。しかし、この有効質量の値は角度分解型光電子分光から求められた値5〜10と比べてかなり小さく疑問である。また、光の反射率の実験では、約1eVに反射率の低下が観察されており、プラズマエッジと同定されている。しかし、プラズマエッジのエネルギーがキャリアーのドーピング量に依存しないという実験結果については疑問がのこる。われわれは、1eV付近のプラズモンの存在の有無とその原因について、微小領域の同定機能を備えた透過型EELS装置を用いてBi系2201相,2212相,2223相およびTl系2201相の常伝導状態でのEELSスペクトルを調べた。われわれの実験では、1eV付近にプラズモンの励起に対応するピークは観察されなかった。さらに、Bi-2212相についてまず電子回折図形で単結晶であることを確認した400nmφの領域から酸素1s電子の励起スペクトルをとり、528〜529eVにO2pホールの存在を確認した。同じ単結晶領域の100nmφの領域から得た0〜10eVのEELSスペクトルでは約1.2eVでプラズモンに対応するピークは全く見られなかった。Bi-2212相のキャリアーの密度は〜3×10^<21>cm^<-3>と報告されている。この密度に対応する自由電子近似でのプラズモンエネルギーは約2eVとなる。実際の結晶でのフリーキャリアーによるプラズモンエネルギーはキャリアーの有効質量の(m^*/m)^<-1/2>に比例し、誘電率のε_1^<-1/2>に比例する。キャリアーのm^*/mの値は角度分解型光電子分光から5〜10という値が報告されている。この値とキャリアー密度を用いてプラズモンエネルギーを計算すると0.6〜0.9eVとなる。Finkの得たε_1〜4.5を用いて誘電率の影響を考慮するとさらに低エネルギー0.3〜0.4eVへシフトし、1eV付近にプラズモンピークは観察されないことが予想される。われわれのEELSスペクトルから0.6〜0.9eV領域での誘電率を求めるとε_1〜9という値を得た。この誘電率を考慮すると、プラズモンエネルギーは0.2〜0.3eVとなり、今回の実験でプラズモンピークは観察されないことが理解できる。また、光の反射率の低下の原因は、約2eVにあるバンド間遷移であろうと考えられる。

Through type electronic エ ネ ル ギ ー loss (EELS) spectroscopic に よ る high temperature super 伝 の electronic conductor structure の research は ド イ ツ の カ ー ル ス ル ー エ university の Fink ら に よ っ て な さ れ て き た. か れ ら は, EELS ス ペ ク ト ル の pay nearly 1.2 eV に フ リ ー キ ァ リ ア ー に origin す る プ ラ ズ モ ン ピ ー ク が れ, フ リ ー キ ャ リ ア ー の have sharper quality は m ^ * / m ~ 1 で あ る と report し て い る. し か し, こ の is working on quality の numerical は Angle decomposition type photoelectron spectroscopic か ら o め ら れ た numerical 5 ~ 10 と than べ て か な り small さ く doubt で あ る. ま の た, light reflectivity の be 験 で は, about 1 ev に low reflectivity の が 観 examine さ れ て お り, プ ラ ズ マ エ ッ ジ と be さ れ て い る. し か し, プ ラ ズ マ エ ッ ジ の エ ネ ル ギ ー が キ ャ リ ア ー の ド ー ピ ン グ quantity に dependent し な い と い う be 験 results に つ い て は doubt が の こ る. わ れ わ れ は, paying nearly 1 ev の プ ラ ズ モ ン の is の presence of と そ の reason に つ い て with fixed function, small field の を prepared え た type through the EELS device を with い て Bi is 2201, 2212, 2223 phase お よ び Tl series 2201 phase の often 伝 guide state で の EELS ス ペ ク ト ル を adjustable べ た. Youdaoplaceholder0 われわれ experience で った, 1eV close にプラズモ, <s:1>, に, に, 観, 観, 観, った, った. さ ら に, Bi - 2212 phase に つ い て ま ず electronic inflexion 図 form で 単 crystallization で あ る こ と を confirm し た 400 nm phi の field か ら acid element 1 s electronic の wound up ス ペ ク ト ル を と り, 528 ~ 529 ev に O2p ホ ー ル の exist を confirm し た. With じ 単 crystallization areas の 100 nm phi の か ら have た 0 ~ 10 eV の EELS ス ペ ク ト ル で は is about 1.2 eV で プ ラ ズ モ ン に 応 seaborne す る ピ ー ク は く see all ら れ な か っ た. The phase of Bi-2212 <s:1> キャリア キャリア <s:1> density <e:1> ~ 3×10^<21>cm^<-3>と report されて る る. The <s:1> <s:1> density に is approximately で, プラズモ, エネ, ギ, and 応する of the 応する free electrons, approximately 2eVとなる. Be interstate の crystallization で の フ リ ー キ ャ リ ア ー に よ る プ ラ ズ モ ン エ ネ ル ギ ー は キ ャ リ ア ー の have sharper quality の ^ ^ * (m/m) > < - 1/2 に proportion し, induced electric rate の epsilon _1 ^ > < - 1/2 に proportion す る. Youdaoplaceholder0 キャリア う m^*/m <s:1> value ら Angle decomposition type photoelectronic spectrophotometry ら ら5 ~ 10と う う value が report されて る る. The <s:1> <s:1> value とキャリア the を density を is calculated using the すると てプラズモ <s:1> エネ エネ ギ ギ ギ を を を すると0.6 to 0.9eVとなる. Fink の have た epsilon _1 ~ 4.5 を with い て の induced electric rate affect を consider す る と さ ら に low エ ネ ル ギ ー 0.3 ~ 0.4 eV へ シ フ ト し, 1 eV paying nearly に プ ラ ズ モ ン ピ ー ク は 観 examine さ れ な い こ と が to think さ れ る. わ れ わ れ の EELS ス ペ ク ト ル か ら 0.6 ~ 0.9 eV field で の tempting electric rate を め る と epsilon _1 ~ 9 と い う numerical を た. こ の induced electricity rate を consider す る と, プ ラ ズ モ ン エ ネ ル ギ ー は 0.2 ~ 0.3 eV と な り, today back to の be 験 で プ ラ ズ モ ン ピ ー ク は 観 examine さ れ な い こ と が understand で き る. Youdaoplaceholder0, the reasons for the low <s:1> reflectance <e:1> of light また, the migration between approximately 2eVにあるバ ド ド であろうと examination えられる.