高分解能共鳴逆光電子分光によるホールをドープしたMott絶縁体の非占有電子状態

通过高分辨率共振反光电子能谱研究空穴掺杂莫特绝缘体的未占据电子态

基本信息

批准号：
15740224
负责人：
樋口透
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

ペロブスカイト型酸化物LaTiO_3は、d^1電子系のMott絶縁体である。La^<3+>サイトにSr^<2+>を置換(La_<1-x>Sr_xTiO_3)するで、Mott絶縁体から金属へ転移する。この絶縁体-金属(I-M)転移の臨界濃度は、x=0.05であり、これ以下の濃度では、系のランダムネスによる局在効果や磁気秩序が存在する。I-M転移の出現は、キャリア数の変化ではなく、その有効質量の増大に現れ、κやγはI-M転移に向けて、臨界的に増大する。これは、I-M転移における電子相関(U_<dd>)の寄与を示唆している。本研究では、逆光電子分光の高分解能化を図り、La_<1-x>Sr_xTiO_3のI-M転移近傍の非占有電子状態を研究した。逆光電子分光の高分解能化を実現するに当たり、軟X線発光分光器の回折格子の改良と検知器の改良を試みた。回折格子は、幅広いエネルギー領域をカバーするために不等間隔平面回折格子を設置した。これらの改良により、100eVの電子エネルギーにて200meVの高分解能を実現した。次に、LaTiO_3単結晶を用いて逆光電子分光測定を行い、E_Fより約2eV付近にTi3d軌道から形成されるUpper-Hubbard bandの存在を確認した。E_F直上には、絶縁体特有のエネルギーギャップが形成されていることも明らかにした。金属相になると、Upper-Hubbard bandの強度は増加する。これは、ホールとして導入されたSrがTiサイトに置換されていることを示唆している。さらに、E_F上に準粒子バンドが形成され、金属特有のFermi面の存在が確認された。Upper-Hubbard bandは、電子相関の大きさを反映するが、絶縁体・金属相共にエネルギー位置は変化せず、バンド幅の変化のみが観測された。以上の結果は、Dynamical-mean-field-theory (DMFT)による計算結果と一致する。

钙钛矿氧化物LATIO_3是基于D^1电子的Mott绝缘子。在La^<3+>站点（LA_ <1-x> sr_xtio_3）上替换Sr^<2+>从Mott绝缘体转移到金属。该绝缘子 - 金属（I-M）过渡的临界浓度为x = 0.05，在低于此的浓度下，由于系统的随机性和磁性阶的随机性，存在定位效应。 I-M转移的出现并不是载体数量的变化，而是其有效质量的增加，而κ和γ对I-M转移量严格增加。这表明电子相关性（U_ <dd>）在I-M转变中的贡献。在这项研究中，我们旨在增加反向电向光谱的分辨率，并研究了LA__ <1-x> sr_xtio_3的I-M转变附近的空置电子状态。在实现反向电向光谱的高分辨率时，我们试图改善软X射线发射光谱的衍射光栅并改善检测器。光栅配有不等间隔的平面衍射光栅，以覆盖各种能量区域。这些改进已经实现了200 MeV的高分辨率，并具有100 eV电子能量。接下来，使用LATIO_3单晶进行了反光谱光谱，并在E_F的2EV下确认了由TI3D轨道形成的上层纸条带的存在。还揭示了绝缘体所独有的能量差距直接形成E_F上方。当达到金属阶段时，上纸带带的强度会增加。这表明引入的SR已被TI站点取代。此外，在E_F上形成了一个准颗粒带，并确认了金属特异性费米表面的存在。高音纸带反映了电子相关性的大小，但是绝缘体和金属相的能量位置没有变化，只有观察到带宽的变化。上述结果与使用动态均值场理论（DMFT）计算结果一致。