2018/05/14

バルク結晶と薄膜結晶で異なるスピン状態を直接観測

スピン状態の判別に有効な計測手法を確立

 

東京大学

理化学研究所

奈良先端科学技術大学院大学

 

概要

東京大学物性研究所の横山優一大学院生*、和達大樹准教授、物質・材料研究機構の山﨑裕一らの研究グループは、大型放射光施設SPring-8の東大物性研ビームラインであるBL07LSUにおいて、東京大学と理化学研究所の研究グループの作製したペロブスカイト型ランタン・コバルト酸化物(LaCoO3)を用いて、共鳴軟X線非弾性散乱を測定しました。

LaCoO3薄膜では、基板からの歪み効果によってバルク結晶とは異なるスピン状態の実現が示唆されていました。バルク結晶と薄膜結晶に対して非弾性散乱スペクトルを測定することで、コバルトイオンのスピン状態に応じてスペクトル形状が変化することを観測しました。奈良先端科学技術大学の研究グループによる理論計算によって得られたスペクトルと比較することで、バルク結晶と薄膜結晶では異なるスピン状態であることが明らかになりました。X線吸収測定ではバルク結晶と薄膜結晶でスピン状態の差は観測されませんでしたが、共鳴軟X線非弾性散乱を用いることで明確な差を観測することができました。本研究によってバルク結晶のスピン状態を解明するとともに、エピタキシャル成長した薄膜結晶ではバルク結晶とは異なるスピン状態が実現することを明らかにしました。

この研究成果は、米国科学誌 Physical Review Letters (5月16日オンライン予定)に掲載されます。

*研究当時:理学系研究科博士課程学生

 

図 (a):コバルトイオンのスピン状態の概略図。eg軌道の電子の数によって低スピン状態(0個)、中間スピン状態(1個)、高スピン状態(2個)に区別される。(b):コバルトL端における吸収スペクトル。歪みの異なる2種類の薄膜のスペクトル形状に明確な違いは見られない。Aの矢印は共鳴軟X線非弾性散乱に用いた入射X線のエネルギーを示している。

 

詳細については、東京大学物性研究所のホームページをご覧ください。
 

―東京大学大学院理学系研究科・理学部 広報室―