Electronic structure of BaTiO using resonant X-ray emission spectroscopy at the Ba-L and Ti K absorption edges

BaTiOのBa-L and Ti K吸収端における共鳴X線発光分光を用いた電子状態解析

吉井 賢資  ; 米田 安宏   ; Jarrige, I.*; 福田 竜生  ; 西畑 保雄; 鈴木 知史 ; 伊藤 嘉昭*; 寺嶋 孝仁*; 吉門 新三*; 福島 整*

Yoshii, Kenji; Yoneda, Yasuhiro; Jarrige, I.*; Fukuda, Tatsuo; Nishihata, Yasuo; Suzuki, Chikashi; Ito, Yoshiaki*; Terashima, Takahito*; Yoshikado, Shinzo*; Fukushima, Sei*

強誘電体BaTiO3について、共鳴X線発光(RXES)及び部分蛍光法を用いたX線吸収分光(PFY-XAS)により電子状態を分析した。実験はSPring8の原子力機構ビームラインBL14B1と物質・材料研究機構ビームラインBL15XUで行った。Ba L吸収端でのPFY-XASスペクトルは、過去の文献とは異なり、キュリー点上下で変化しなかった。これは、Baイオンの位置はキュリー点で変位しないか変位が小さいことを示唆する。また、Ti K吸収端でのRXESスペクトルからは、発光ピークのエネルギーは入射光エネルギーによらずほぼ一定であった。この結果は、Ti 3d軌道が非局在的な性質を持っており、それによりTiイオンが変位して電気双極子の生成して強誘電体となるという、理論計算から提案された機構を支持することが分かった。

We have studied the electronic properties of ferroelectric BaTiO using two complementary bulk-sensitive spectroscopic probes, resonant X-ray emission spectroscopy (RXES) and X-ray absorption spectroscopy in the partial fluorescence mode (PFY-XAS). Contrary to a previous study, we found no temperature change of a PFY-XAS spectrum at the Ba L edge between room temperature and 150C. This result is not supportive of the possible presence of the displacement around Ba at the Curie temperature. RXES spectra were measured at the Ti K edge for BaTiO, along with SrTiO and La-doped metallic SrTiO. The photon energy of the emission peak is found to be nearly constant throughout the absorption edge for all three compounds. We deduce the Ti 3d states to have a delocalized character, in contrast with the Ba 5d states, a property which is consistent with the proposed scenario of the formation of electric dipoles in BaTiO.