X線の2光子吸収分光法を実現;高温超伝導体をはじめとする遷移金属化合物のd軌道の理解に貢献

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2018/08/22 理化学研究所,自然科学研究機構分子科学研究所,高輝度光科学研究センター

理化学研究所(理研)放射光科学研究センター理論支援チームの玉作賢治チームリーダー、自然科学研究機構分子科学研究所の横山利彦教授、高輝度光科学研究センターの犬伏雄一主幹研究員らの国際共同研究グループは、X線自由電子レーザー(XFEL)[1]施設「SACLA[2]」を用いて、物質がX線の光の粒(光子)を2個同時に吸収する2光子吸収を利用した新しい分光法「X線2光子吸収分光法」を世界で初めて実現しました。

本研究成果により、高温超伝導体をはじめとする有用な材料が多いチタンから銅までの8種類の遷移金属を含む化合物の性質を決定づける「d軌道[3]」の状態を調べやすくなり、これらの材料が持つ機能をより深く理解できるようになると期待できます。

今回、国際共同研究グループは、これまで試料が瞬時に蒸発するほどの高強度[4]のX線が必要だったX線2光子吸収過程を、1万分の1以下の強度で観測できる方法を確立しました。これによって、試料(銅)の状態を変化させることなくX線2光子吸収スペクトルを測定し、ありのままの銅の電子状態を調べることが可能になりました。また、物質が光子を1個吸収する従来の「X線吸収分光法」では見えにくかったd軌道の状態を、X線2光子吸収分光法では測定できることを示しました。

本研究は、米国の科学雑誌『Physical Review Letters』(8月21日号)の掲載に先立ち、オンライン版(8月20日付け:日本時間8月21日)に掲載されました。また、今号の注目論文として、「Editors’ Suggestion」に選定されました。

※国際共同研究グループ

理化学研究所 放射光科学研究センター
理論支援チーム
チームリーダー 玉作 賢治(たまさく けんじ)
基礎科学特別研究員 大坂 泰斗(おおさか たいと)
XFEL研究開発部門ビームライン研究開発グループ
グループディレクター 矢橋 牧名(やばし まきな)
ビームライン研究開発チーム
基礎科学特別研究員 井上 伊知郎(いのうえ いちろう)
センター長 石川 哲也(いしかわ てつや)

高輝度光科学研究センター
XFEL利用研究推進室
主幹研究員 犬伏 雄一(いぬぶし ゆういち)
研究員 片山 哲夫(かたやま てつお)

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