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Probing the Ba 5d states in BaTiO$$_{3}$$ and BaSO$$_{4}$$; A Resonant X-ray emission study at the Ba-L$$_{3}$$ edge

BaTiO$$_{3}$$ and BaSO$$_{4}$$のBa 5d状態の観測; Ba-L$$_{3}$$吸収端における共鳴発光

吉井 賢資; Jarrige, I.; 鈴木 知史; 松村 大樹; 西畑 保雄; 米田 安宏; 福田 竜生; 田村 和久; 伊藤 嘉昭*; 向山 毅*; 杤尾 達紀*; 篠塚 寛志*; 福島 整*

Yoshii, Kenji; Jarrige, I.; Suzuki, Chikashi; Matsumura, Daiju; Nishihata, Yasuo; Yoneda, Yasuhiro; Fukuda, Tatsuo; Tamura, Kazuhisa; Ito, Yoshiaki*; Mukoyama, Takeshi*; Tochio, Tatsunori*; Shinotsuka, Hiroshi*; Fukushima, Sei*

強誘電体BaTiO$$_{3}$$のBa 5d軌道の電子状態を放射光共鳴発光により調べ、誘電性を持たないBaSO$$_{4}$$と比較した。Ba-L$$_{3}$$吸収端近傍において共鳴発光スペクトルを測定したところ、両方の化合物ともBa 5d電子は局在していることがわかった。一方、共鳴発光を利用した部分蛍光法吸収スペクトルを測定したところ、BaTiO$$_{3}$$のほうがBaSO$$_{4}$$よりもエネルギー幅の広いピークが観測された。すなわち、BaTiO$$_{3}$$のBa 5d軌道は、O 2p軌道と混成していることがわかった。これは、BaTiO$$_{3}$$の強誘電性はTi-Oの混成により発現するとされてきた従来の見解と異なり、Baイオンも強誘電相転移に何らかの役割を果たすことを示唆する。

We have directly probed the Ba 5d states in the ferroelectric barium titanate BaTiO$$_{3}$$ using resonant X-ray emission spectroscopy (RXES) and X-ray absorption spectroscopy in the partial fluorescence mode (PFY-XAS) at the Ba-L$$_{3}$$ edge. The results are compared with those of the non-ferroelectric BaSO$$_{4}$$. While the RXES spectra point to a localized character for the Ba 5d states in both compounds, the main peak of the PFY-XAS spectrum, corresponding to the dipolar transitions from 2p to 5d, is found to be significantly broader for BaTiO$$_{3}$$ than for BaSO$$_{4}$$. On the basis of band structure calculations, this broadening is ascribed to strong hybridization between the unoccupied Ba 5d and O 2p states in the ferroelectric. This suggests that the hybridization between the conduction states of the Ba$$^{2+}$$ and O$$^{2-}$$ ions, and not only Ti$$^{4+}$$ and O$$^{2-}$$, plays a central role in determining the electronic structure of BaTiO$$_{4}$$.

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パーセンタイル:58.92

分野:Chemistry, Multidisciplinary

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