Three-dimensional electronic structures and the metal-insulator transition in Ruddlesden-Popper iridates

Ruddlesden-Popper型イリジウム酸化物の3次元電子構造と金属絶縁体転移

山崎 篤志*; 藤原 秀紀*; 橘 祥一*; 岩崎 大昌*; 東野 勇志*; 吉見 千秋*; 中川 広野*; 中谷 泰博*; 山神 光平*; 荒谷 秀和*; Kirilmaz, O.*; Sing, M.*; Claessen, R.*; 渡部 洋*; 白川 知功*; 柚木 清司*; 内藤 彰人*; 高瀬 浩一*; 松野 丈夫*; 高木 英典*; 関山 明*; 斎藤 祐児  

Yamasaki, Atsushi*; Fujiwara, Hidenori*; Tachibana, Shoichi*; Iwasaki, Daisuke*; Higashino, Yuji*; Yoshimi, Chiaki*; Nakagawa, Koya*; Nakatani, Yasuhiro*; Yamagami, Kohei*; Aratani, Hidekazu*; Kirilmaz, O.*; Sing, M.*; Claessen, R.*; Watanabe, Hiroshi*; Shirakawa, Tomonori*; Yunoki, Seiji*; Naito, Akihito*; Takase, Koichi*; Matsuno, Jobu*; Takagi, Hidenori*; Sekiyama, Akira*; Saito, Yuji

軟X線角度分解光電子分光を用いて、Ruddlesden-Popper型イリジウム酸化物SrIrOの3次元バンド構造を調べた。その結果、IrO面構造の次元性の増加と共に発現する金属-絶縁体転移に関する直接的な証拠を得た。この転移は、スピンー軌道結合により生じた = 1/2バンドがフェルミエネルギーを横切ることにより生じる。入射光エネルギーを350eV以上走査することにより、SrIrOの3次元フェルミ面形状及び、SrIrOの依存した光電子強度の振動を明らかにした。本手法は、電子状態の全体像の理解において非常に有効である。

In this study, we systematically investigate three-dimensional(3D) momentum-resolved electronic structures of Ruddlesden-Popper-type iridium oxides SrIrO using soft-X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy (SX-ARPES). Our results provide direct evidence of an insulator-to-metal transition that occurs upon increasing the dimensionality of the IrO-plane structure. This transition occurs when the spin-orbit-coupled = 1/2 band changes its behavior in the dispersion relation and moves across the Fermi energy. By scanning the photon energy over 350 eV, we reveal the 3D Fermi surface in SrIrO and -dependent oscillations of photoelectron intensity in SrIrO. To corroborate the physics deduced using low-energy ARPES studies, we propose to utilize SX-ARPES as a powerful complementary technique, as this method surveys more than one whole Brillouin zone and provides a panoramic view of electronic structures.