共鳴X線散乱によるf電子系CeB6の反強四極子秩序状態の定量的解明

X射线共振散射定量阐明f电子系CeB6的反强四极有序态

• 批准号: 14740217
• 负责人: 中尾 裕則
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740217/
• 关键词: 共鳴X線散乱; 軌道秩序; 反強四極子秩序; f電子; 波動関数; CeB_6; 磁場下実験; 放射光; 四極子秩序; 希工類化合物; 極低温実験; 磁場中実験

本研究では、格子歪みを伴わない反強四極子(AFQ)秩序を示す典型的な物質であるCeB_6に、共鳴X線散乱(RXS)手法を適用することにより、秩序した4f電子軌道の波動関数の対称性を定量的に決定することを目的としている。このような波動関数の決定は、最外殻電子のみの効果であるため実験的に決定することは難しくこれまで取り扱われてはこなかった。一方で、この最外殻電子の波動関数の対称性が物性に対し重要な役割を担っていることが、理論的に研究されてきた。特に本研究対象であるCeB_6では、四極子秩序状態が印加する磁場の方向により基底状態が多様に変化することが理論的に指摘されているが実験的な証拠はこれまでない。そこで、理論上の議論に留まってきた4f電子の波動関数を、RXSにより定量的に決定するため以下に示す手法を提案した。これまでの原子散乱因子テンソルの定量化手法では、軌道秩序のもつ超格子反射強度のアジマス角(散乱ベクトル周りの回転の自由度)依存性の測定により、各サイトの原子散乱テンソルを推察していた。例えば、単位胞内に2サイトあるCeB_6では、超格子散乱の構造因子が、原子散乱テンソルの2サイト間の差分(f_1-f_2)の形を取る。したがって、テンソルの差分が実験と合うようにモデル計算との比較から各サイトの原子散乱テンソルを類推していたにすぎない。そこで今回、超格子反射,蛍光X線散乱・基本反射強度のアジマス角依存性を用いた原子散乱因子テンソルの定量化手法を提案した。ここで、単結晶による蛍光X線散乱強度の偏光依存性は、2サイトあるCeイオンの原子散乱因子の平均であり、基本反射強度は、2サイトあるCeイオンの原子散乱因子テンソルの和(f_1+f_2)とテンソルになっていない通常の構造因子(f_0)の和の2乗(|f_1+f_2|^2)であり、共にf_1+f_2の情報を持っている。したがって、超格子反射・蛍光X線散乱・基本反射強度を相補的に用いることにより、原子散乱因子テンソルf_1,f_2を厳密に決牢することが可能となる。昨年度すでに、テンソルの定量化に必須であるアジマス角依存性の測定が可能でかつ、CeB_6のAFQ秩序転移温度(3.2K)以下の温度に到達可能であるクライオスタットを設計した。さらに同クライオスタット内で試料に磁場を印加するため、強力な永久磁石であるネオマックスを利用した磁場印加手法を開発した。本年度は、最近SPring-8において立ち上げられたCeのL吸収端のような低エネルギーの強力なX線が使用可能であるBL22XUにおいて、これらの装置を利用した実験を目指した。しかしながらビームライン、回折計の立ち上げが遅れたために十分な実験時間が割り当ててもらえなかった。そのため、本年度は冷凍機と永久磁石による磁場印加システムの動作確認を行うとともに、CeB_6の予備実験を行った。その結果、テンソルの定量的な決定が可能であることがわかり、来年度再度実験を行う予定になっている。

In this study, the lattice skewness and anti-strong quadrupole (AFQ) order are used to quantitatively determine the symmetry of the ratio of electron orbitals in typical materials such as CeB6 and resonance X-ray scattering (RXS). The ratio of these two factors determines the effect of the shell electron. A theoretical study of the relationship between the ratio of the outermost shell electrons and the physical properties of the particles In particular, the object of this study is to investigate the effect of the quadrupole order state on the magnetic field direction, the substrate state on the polarization, and the theoretical analysis on the polarization. In theory, the ratio of 4f electrons is determined by the following methods: The quantitative method of the atomic scattering factor is used to determine the dependence of the orbital order on the superlattice reflection intensity (the degree of freedom of the scattering cycle) and to predict the atomic scattering factor of each component. For example, CeB_6, CeB_6, CeB The difference between the two groups is calculated by analogy. A quantitative method for determining the angular dependence of X-ray scattering and fundamental reflection intensity is proposed. Polarization Dependence of X-ray Scattering Intensity in Single Crystal Phase, Average of Atomic Scattering Factor in Single Crystal Phase, Basic Reflectance Intensity, Atomic Scattering Factor in Single Crystal Phase, Sum of (f_1 + f_2), Sum of (f_0), Sum of (f_1 + f_2), Sum of (f_1 + f| f_1+f_2| ^2), f_1 + f_2 The atomic scattering factor f_1, f_2 and the density can be determined by the complementary use of superlattice reflection, X-ray scattering and fundamental reflection intensity. The determination of the angular dependence of CeB_6 on AFQ sequence shift temperature (3.2K) is necessary for quantification of CeB_6. The magnetic field of the sample is developed by using the magnetic field method. This year, the most recent SPring-8 was installed on the upper part of the L absorption terminal. The use of strong X-rays was possible. The use of such devices was indicated. The time is not enough. This year, the operation of the refrigerator permanent magnet is confirmed. The result of the test is that the quantitative determination is possible, and the next year is determined again.

项目成果

松村武: "隠された秩序を探る -f電子系における反強四極子秩序"固体物理. 37・9. (2002)

松村武：“探索 f 电子系统中的隐藏秩序 - 反强四极秩序”37・9。

Hiroyuki Ohsumi et al.: "Experimental Elucidation: Microscopic Mechanism of Resonant X-ray Scattering in Manganite Films"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 1006-1009 (2003)

Hiroyuki Ohsumi等人：“实验阐明：锰酸盐薄膜中共振X射线散射的微观机制”日本物理学会杂志。

H.Nakao: "Quantitative Determination of the Atomic Scattering Tensor in Orbitally Ordered YTiO_3 by using a Resonant X-ray Scattering Technique"Phys. Rev. B. 66. 184419 (2002)

H.Nakao：“使用共振 X 射线散射技术定量测定轨道有序 YTiO_3 中的原子散射张量”Phys。

Hironori Nakao et al.: "Charge and orbital ordered state in Nd_<1-x>Sr_<1+x>MnO_4 (x=0.67,0.75)"Physica B. 329-333. 809-810 (2003)

Hironori Nakao 等人：“Nd_<1-x>Sr_<1x>MnO_4 (x=0.67,0.75) 中的电荷和轨道有序态”Physica B. 329-333。

Takashi Kiyama et al.: "Resonant X-ray Scattering in Perovskite Manganite Superlattice - Observation of "Orbital Superlattice" -"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 785-788 (2003)

Takashi Kiyama等人：“钙钛矿锰酸盐超晶格中的共振X射线散射-“轨道超晶格”的观察-”日本物理学会杂志。