軟X線発光分光を用いた遷移金属蛋白質の電子状態研究

利用软X射线发射光谱研究过渡金属蛋白质的电子结构

基本信息

批准号：
10J07206
负责人：
小林正起
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

金属タンパク質における物性を理解するには、開殻構造をもつ遷移金属の3d電子軌道とそれを取り囲む配位子の分子軌道との混成を知ることが重要である。遷移金属サイトを囲む配位子が、分子軌道かバンドかという違いはあるが、固体において金属タンパク質に近い状態が、希薄磁性半導体(DMS)で実現している。この金属タンパク質の関連物質として考えられるDMSにおいて、SPring-8 BL07LSUで立ち上げを行った超高分解能発光分光HORNETを用いた共鳴非弾性X線散乱(RIXS)実験を行った。RIXSは内殻吸収端近傍でのX線発光分光であり、元素選択的に電子励起及び電子構造に関連した情報を得ることができる。DMSは、母体半導体に数%の遷移金属イオンを添加した物質であり、中には強磁性を示すものが存在する。今回測定したIn1-xFexAs:Beは、新たに発見されたn型の強磁性希薄磁性半導体(DMS)である。In1-xFexAs:Beの強磁性発現機構の解明するために、強磁性を担うFeの電子構造を明らかにすることを目的として、RIXS測定を行った。(In,Fe)Asにおいて、様々な励起光エネルギーで測定したFe L3 RIXSスペクトルは、蛍光成分が主でありラマン成分は分解能よりも非常にブロードな構造を示した。Ga1-xMnxAsと同様に、Fe 3d電子状態は配位子との混成が強く、母体の電子-正孔対との混成に起因するd-d励起の寿命幅でラマン成分が広がっていると考えられる。以上の結果から、(In,Fe)As:Be中のFeは、Fe 3d軌道は配位子との混成を介して、FeAs系物質の様に、電子相関の弱い電子状態にあることが明らかとなった。金属タンパク質の関連物質として考えられるDMSにおいて、超高分解能軟X線発光分光装置によるRIXS測定で電子構造解析を行い、その局所電子構造を評価した。軟X線発光分光を超高分解能化することで、DMSの磁性不純物に関して、これまでに分解することが困難であった、混成によるブロードニングを実験的に観測することに成功した。また、RIXSと相補的な測定とを組み合わせることで、DMSに関して局所電子構造と物性の関連性を議論した。これは局在した遷移金属サイトの電子状態に関する重要な知見であり、金属タンパク質の機能と電子状態の関連を明らかにする大きな手がかりになると考えられる。

为了了解金属蛋白的物理特性，重要的是要了解过渡金属的3D电子轨道与开放壳结构和周围配体的分子轨道的杂交。尽管在过渡金属位点周围的配体的分子轨道和带之间存在差异，但用稀磁半导体（DMS）实现了接近固体金属蛋白的状态。使用超高分辨率发射光谱大黄蜂进行了共振非弹性X射线散射（RIX）实验，该实验是用Spring-8 BL07LSU启动的。 RIX是内壳吸收边缘附近的X射线发射光谱，可以选择地获得与电子激发和电子结构有关的信息。 DMS是一种材料，其中将几个过渡金属离子添加到基础半导体中，其中一些具有铁磁特性。 In1-Xfexas：这次是新发现的N型铁磁稀释磁性半导体（DMS）。为了阐明1- XFEXAS中铁磁表达的机制：BE，进行了RIXS测量，目的是阐明Fe的电子结构，Fe的电子结构负责铁磁特性。在（IN，Fe）AS中，用各种激发光能测得的Fe L3 RixS光谱表明荧光成分主要使用，而拉曼组件表现出比分辨率更广泛的结构。与GA1-XMNXA相似，Fe 3D电子状态与配体强烈杂交，并且人们认为，由于与父孔对杂交引起的D-D激发的寿命，拉曼成分被扩大。从上述结果中可以揭示出（in，fe）的fe为：be具有fe 3D轨道，该轨道处于具有弱电子相关性的电子状态，例如基于养老的材料，通过与配体杂交。在被认为是金属蛋白相关物质的DMS中，使用超高分辨率软X射线发射光谱法使用RIXS测量进行了电子结构分析，并评估了其局部电子结构。通过制定软X射线发射光谱超高分辨率，我们已经成功地观察到了混合拓宽，直到现在，DMS的磁杂质一直很难分解。此外，通过将RIX与互补测量相结合，讨论了有关DMS的局部电子结构与物理特性之间的关系。这是对局部过渡金属位点的电子状态的重要发现，被认为为金属蛋白和电子状态的功能之间的关系提供了一个很好的线索。