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Incident energy and polarization-dependent resonant inelastic X-ray scattering study of La$$_2$$CuO$$_4$$

La$$_2$$CuO$$_4$$における入射エネルギー及び偏光に依存した共鳴非弾性X線散乱の研究

Lu, L.*; Hancock, J. N.*; Chabot-Couture, G.*; 石井 賢司; Vajk, O. P.*; Yu, G.*; 水木 純一郎; Casa, D.*; Gog, T.*; Greven, M.*

Lu, L.*; Hancock, J. N.*; Chabot-Couture, G.*; Ishii, Kenji; Vajk, O. P.*; Yu, G.*; Mizuki, Junichiro; Casa, D.*; Gog, T.*; Greven, M.*

モット絶縁体であるLa$$_2$$CuO$$_4$$について、1-7eVのエネルギー損失領域に渡って測定した銅のK吸収端での共鳴非弾性X線散乱(RIXS)の研究について報告する。高温超伝導体HgBa$$_2$$CuO$$_{4+delta}$$で最初に見つかったように、入射エネルギーに対して散乱断面積が細かく変わることを利用して、RIXSスペクトルには分散の小さい幾つかの電子正孔対励起があることを示すことができた。励起の詳細な構造がCuO$$_2$$面に垂直な偏光と平行な偏光で類似していることから、励起には$$1s$$正孔が中心的な役割を果たしていることがわかる。一方で、2eV付近に現れる励起強度については偏光依存性があることから、異なる電荷移動プロセスと考えられる2つの励起が存在することがわかった。この偏光依存性は、RIXSのプロセスにおいて$$4p$$電子も何らかの役割を果たしていることを示唆している。

We present a detailed Cu $$K$$-edge resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) study of the Mott insulator La$$_2$$CuO$$_4$$ in the 1-7 eV energy loss range. As initially found for the high-temperature superconductor HgBa$$_2$$CuO$$_{4+delta}$$, the spectra exhibit a multiplet of weakly dispersive electron-hole excitations, which are revealed by utilizing the subtle dependence of the cross section on the incident photon energy. The close similarity between the fine structures for in-plane and out-of-plane polarizations is indicative of the central role played by the 1s core hole in inducing charge excitations within the CuO$$_2$$ planes. On the other hand, we observe a polarization dependence of the spectral weight, and careful analysis reveals two separate features near 2 eV that may be related to different charge-transfer processes. The polarization dependence indicates that the $$4p$$ electrons contribute significantly to the RIXS cross section.

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パーセンタイル:79.35

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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