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BaTiO$$_{3}$$のBa L$$_{3}$$およびTi K吸収端における共鳴発光を用いた電子状態観測

Electronic structure observation of BaTiO$$_{3}$$ using resonant X-ray emission at Ba L$$_{3}$$ and Ti K edges

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*; 吉門 新三*; 福島 整*

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

BaTiO$$_{3}$$の強誘電性の起源を探るため、Ba-L$$_{3}$$およびTi-K吸収端において放射光共鳴発光測定を行い電子状態を観測した。Ba吸収端においては、共鳴発光を用いた部分蛍光法による吸収スペクトルをキュリー点上下で測定した。過去の文献では、温度によりスペクトルに違いが見られ、それによりこの物質の相転移がいわゆる変位型によるとの示唆がなされた。しかし本研究では、温度を変えてもスペクトルはほとんど変化しなかった。よって、スペクトル変化の存在の有無については、今後さらに検討が必要である。Ti K吸収端での測定からは、Tiの共鳴発光ピークは吸収端近傍でそのエネルギーは一定であった。これは通常元素分析で用いられる蛍光過程によるものであり、励起された電子が速やかに非局在化することを示す。非局在化はTiのp及びd軌道で起こっており、Ti-Oの強い混成によって軌道が遍歴的になっていることを示す。この結果は、BaTiO$$_{3}$$の強誘電性がTi-Oの強い混成による歪みに由来することを示すものであり、過去の理論計算などと定性的に一致する。

We have studied the electronic properties of 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$$_{3}$$ and Ti K absorption edges. Contrary to a previous study, we found no fine structure in the pre-edge area of the PFY-XAS spectrum at the Ba L3 edge, and no temperature-induced spectral change was observed across the Curie temperature (130$$^{circ}$$C). This result is not supportive of the possible presence of the displacement around Ba$$^{2+}$$ at the Curie temperature. RXES spectra were measured at the Ti K edge. 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$$_{3}$$.

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