Probing the Ba 5d states in BaTiO and BaSO; A Resonant X-ray emission study at the Ba-L edge

BaTiO and BaSOのBa 5d状態の観測; Ba-L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と比較した。Ba-L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のほうがBaSO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 using resonant X-ray emission spectroscopy (RXES) and X-ray absorption spectroscopy in the partial fluorescence mode (PFY-XAS) at the Ba-L edge. The results are compared with those of the non-ferroelectric BaSO. 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 than for BaSO. 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 and O ions, and not only Ti and O, plays a central role in determining the electronic structure of BaTiO.