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Theoretical study of resonant inelastic X-ray scattering spectrum in nickelates

ニッケル酸化物における共鳴非弾性X線散乱の理論的研究

筒井 健二; 遠山 貴己*; 小椎八重 航*; 前川 禎通

Tsutsui, Kenji; Toyama, Takami*; Koshibae, Wataru*; Maekawa, Sadamichi

La$$_{2-x}$$Sr$$_x$$NiO$$_4$$はホール・ドープしたS=1の二次元反強磁性絶縁体であり、銅酸化物高温超伝導体の参照物質として調べられてきている、この物質において、光学伝導度では$$x$$=0の時電荷移動型ギャップが観測され、ホール・ドープによってギャップ内にエネルギー的に広がった吸収スペクトルが現れる。われわれは以前に光学伝導度のギャップ内に現れるスペクトルが、Niサイトにおける高スピン状態から低スピン状態への励起であることを示したが、共鳴非弾性X線散乱においても光学伝導度と同様な励起が現れるかどうかが興味深い。そこで本研究では、光学伝導度の計算と同じく、$$e_g$$軌道の2バンド・ハバード模型に対する数値的厳密対角化法によって、共鳴非弾性X線散乱スペクトルを計算し、その励起の起源を議論する。

The two-dimensional nickelate La$$_{2-x}$$Sr$$_x$$NiO$$_4$$ has received special attention as a reference system of high-$$T_c$$ cuprates. The undoped nickelate ($$x$$=0) has the charge-transfer gap in the optical conductivity. Upon doping of holes, a broad spectrum appears in the gap. We have shown theoretically that the broad spectrum comes from excitations to the low spin states. In the Ni $$K$$-edge resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) measurement, the momentum-resolved charge excitations are obtained. In this study, we examine theoretically the RIXS spectra on nickelates by using numerically exact diagonalization techniques on the two-band Hubbard model. We also calculate other spectra such as the dynamical charge density function and discuss what excitations appear in the RIXS spectrum.

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