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論文

Spin-orbit coupling induced semi-metallic state in the 1/3 hole-doped hyper-kagome Na$$_3$$Ir$$_3$$O$$_8$$

高山 知弘*; Yaresko, A.*; 松本 章代*; Nuss, J.*; 石井 賢司; 吉田 雅洋*; 水木 純一郎; 高木 英典*

Scientific Reports (Internet), 4, p.6818_1 - 6818_6, 2014/10

 被引用回数:31 パーセンタイル:81.88(Multidisciplinary Sciences)

The complex iridium oxide Na$$_3$$Ir$$_3$$O$$_8$$ with a B-site ordered spinel structure was synthesized in single crystalline form, where the chiral hyper-kagome lattice of Irions, as observed in the spin-liquid candidate Na$$_4$$Ir$$_3$$O$$_8$$, was identified. The average valence of Ir is 4.33+ and, therefore, Na$$_3$$Ir$$_3$$O$$_8$$ can be viewed as a doped analogue of the hyper-kagome spin liquid with Ir$$^{4+}$$. The transport measurements, combined with the electronic structure calculations, indicate that the ground state of Na$$_3$$Ir$$_3$$O$$_8$$ is a low carrier density semi-metal. We argue that the semi-metallic state is produced by a competition of the molecular orbital splitting of $$t_{2g}$$ orbitals on Ir$$_3$$ triangles with strong spin-orbit coupling inherent to heavy Ir ions.

論文

Momentum-resolved electronic excitations in the Mott insulator Sr$$_2$$IrO$$_4$$ studied by resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; Jarrige, I.; 吉田 雅洋; 池内 和彦*; 水木 純一郎; 大橋 啓*; 高山 知弘*; 松野 丈夫*; 高木 英典*

Physical Review B, 83(11), p.115121_1 - 115121_5, 2011/03

 被引用回数:69 パーセンタイル:90.93(Materials Science, Multidisciplinary)

We report an Ir $$L_3$$-edge resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) measurement of the low-lying electronic excitations in Sr$$_2$$IrO$$_4$$ over the complete Brillouin zone of the IrO$$_2$$ plane. A remarkably strong inelastic signal which exceeds the elastic scattering in intensity is observed. Peaks observed at 0.5, 3.2, and 6.0 eV are respectively ascribed to an interband transition across the Mott gap and charge-transfer excitations from the O $$2p$$ band to the Ir $$5d$$ bands. The dispersion of the Mott gap excitation is found to be particularly weak. This is interpreted as a signature of the narrow $$5d$$ bands of the novel Mott insulating state of Sr$$_2$$IrO$$_4$$ induced by the strong spin-orbit interaction.

口頭

共鳴非弾性X線散乱によるSr$$_2$$IrO$$_4$$の電子励起

石井 賢司; Jarrige, I.; 吉田 雅洋; 池内 和彦*; 水木 純一郎; 大橋 啓*; 高山 知弘*; 松野 丈夫*; 高木 英典*

no journal, , 

近年、$$5d$$遷移金属を含んだ化合物において、強いスピン軌道相互作用に由来した特異な電子状態に注目が集まっている。その典型物質であるイリジウム酸化物Sr$$_2$$IrO$$_4$$は、スピン軌道相互作用と電子相関の効果によってギャップが開いたモット絶縁体であると考えられており、その電子状態をさまざまな分光法で検証することは重要である。われわれは、放射光X線を用いた電子励起の観測手法である共鳴非弾性X線散乱(Resonant Inelastic X-ray Scattering: RIXS)をこの系に適用し、Irの$$L_3$$吸収端での実験を行った。$$2p_{3/2}$$から$$5d$$軌道への遷移に対応する$$L_3$$吸収端の波長は約1${AA}$であり、励起の運動量依存性が観測可能である。まずは、1eV程度の比較的低いエネルギー分解能で、モットギャップを越える励起の分散関係を調べることを目的とした測定を行った。$$5d$$遷移金属の$$L$$吸収端を利用したRIXSの研究は、これまでにPt触媒に関する一報があるのみであり、本研究には分光学的な進展としての意義もある。

口頭

Sr$$_2$$IrO$$_4$$およびSr$$_3$$Ir$$_2$$O$$_7$$における磁気励起とその温度依存性

石井 賢司; Jarrige, I.*; 吉田 雅洋*; 水木 純一郎; 松本 章代*; 加藤 晃彦*; 高山 知弘*; 高木 英典*

no journal, , 

イリジウムなど$$5d$$遷移金属の酸化物は、これまで数多くの研究がなされた$$3d$$遷移金属酸化物と比べ、電子相関効果が弱い、強いスピン・軌道相互作用が強いなどの特徴を持っており、新たな電子物性研究の舞台として注目されている。$$5d$$遷移金属酸化物の中には磁気秩序を示すものも存在し、磁性の面でもこれらの特徴が現れると予想される。その研究手法として、10keV (波長1$AA)$程度にある$$5d$$遷移金属の$$L$$吸収端を利用した共鳴X線散乱は極めて有効である。近年の技術向上により、共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による磁気励起も観測されるようになってきている。SPring-8のBL11XUでもそのための装置整備を行うことで実験が可能となった。本講演では、反強磁性イリジウム酸化物の典型物質であるSr$$_2$$IrO$$_4$$、Sr$$_3$$Ir$$_2$$O$$_7$$について、Irの$$L_3$$吸収端を利用したRIXSの実験結果について報告する。

口頭

共鳴非弾性X線散乱によるイリジウム酸化物の磁気励起観測とその温度依存性

石井 賢司; Jarrige, I.*; 吉田 雅洋*; 水木 純一郎; 松本 章代*; 加藤 晃彦*; 高山 知弘*; 高木 英典*

no journal, , 

イリジウムなど5d遷移金属の酸化物は、これまで数多くの研究がなされた3d遷移金属酸化物と比べ、電子相関効果が弱い、強いスピン・軌道相互作用が強いなどの特徴を持っており、新たな電子物性研究の舞台として注目されている。5d遷移金属酸化物の中には磁気秩序を示すものも存在し、磁性の面でもこれらの特徴が現れると予想される。その研究手法として、10keV(波長1${AA}$)程度にある5d遷移金属のL吸収端を利用した共鳴X線散乱は極めて有効である。近年の技術向上により、共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による磁気励起も観測されるようになってきている。SPring-8のBL11XUでもそのための装置整備を行うことで実験が可能となった。本講演では、反強磁性イリジウム酸化物の典型物質であるSr$$_2$$IrO$$_4$$, Sr$$_3$$Ir$$_2$$O$$_7$$について、IrのL$$_3$$吸収端を利用したRIXSの実験結果について報告する。

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