【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.31】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AE0015

利用課題名 / Title

R_1-xCe_xOBiS₂ (R=La, Pr, Nd)のCe3d-4f共鳴光電子分光: BiS₂系超伝導体におけるc-f混成の検証

利用した実施機関 / Support Institute

日本原子力研究開発機構 / JAEA

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

軟X線共鳴光電子分光, c-f混成, BiS2系層状超伝導

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

横谷 尚睦

所属名 / Affiliation

岡山大学　異分野基礎科学研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

片岡範行,齋藤竜聖

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

藤森　伸一,川崎　郁斗

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AE-007：軟X線光電子分光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　Ceを含むBiS₂系超伝導体R_1-xCe_xOBiS₂ (R=希土類元素におけるCe 4f電子の役割を再考察することを目的として、軟X線光電子分光測定を行った。角度分解光電子分光測定およびCe3d-4f共鳴光電子分光測定の結果は、伝導電子とCe 4fがわずかに混成していること、フェルミ準位上にもCe 4fが有限の部分状態密度を有していることを示した。

実験 / Experimental

　BiS₂系超伝導体は発見から10年経過しようとしているが、その超伝導物性には謎が多い。中でも、Ceが含まれるBiS₂系超伝導体におけるCe 4f電子の役割はよくわかっていない。我々がNd_0.7Ce_0.3OBiS₂に対してCe 3d-4f共鳴光電子分光の予備実験を行なったところ、フェルミ準位上の光電子強度がわずかであるが共鳴増大することを見出した。この結果は、これまでに研究されてきたCe(O,F)BiS₂では見逃されてきた点である。本研究課題では、R元素の種類とCe濃度xを変化させた種々のR_1-xCe_xOBiS₂(R=La, Nd)に対して、系統的な電子状態研究を行うことで、BiS₂系超伝導体におけるc-f混成の有無をはじめとしたCe 4f電子状態の詳細を明らかにする。
測定にはR_1-xCe_xOBiS₂ (R=La, Nd; x=0-0.8)単結晶試料を用いた。清浄試料表面は、超高真空下において試料温度20Kで劈開をすることにより得た。角度分解光電子分光および共鳴光電子分光測定はSPring-8 BL23SUに設置されている角度分解光電子分光装置を用いた。エネルギー分解能100-200meV、角度分解能は0.2°に設定した。加えてX線吸収測定も行った。

結果と考察 / Results and Discussion

測定した全ての試料において、Ce 3d内殻光電子分光スペクトルおよびCe 3d X線吸収分光スペクトルからCeが+3価と+4価の混合原子価状態にあることが示唆された。角度分解光電子分光測定からは、Ce 4fが結合エネルギー0.8 eV付近を中心にバンド幅0.4 eV程度の分散を示すことがわかった。また、Ce 3d-4f共鳴光電子分光から、光エネルギー881.4 eVでフェルミ準位上の光電子強度がわずかに増大することを観測した。これらの結果は、伝導電子とCe 4fが混成しており、フェルミ準位上でもCe 4fが有限の部分状態密度を有していることを意味している。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

実験にご協力いただきました原子力研究機構の藤森伸一氏及び川崎郁斗氏に感謝いたします。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. (1) 片岡範行, 花田祐二, 長尾雅則,脇田高徳, 横谷尚睦, 日本物理学会2022年秋季大会（物性）2022年9月14日発表

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件