絶縁体の正体を暴く!〜磁気秩序の“指紋”を量子ビームで可視化〜

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2025-05-12 甲南大学

絶縁体の正体を暴く!〜磁気秩序の“指紋”を量子ビームで可視化〜

甲南大学と大阪大学の研究チームは、光電子分光実験を通じて、反強磁性絶縁体がモット型かスレーター型かを識別する手法を初めて実証しました。具体的には、電子のエネルギー分布を測定し、温度変化に伴うスペクトルの特徴的な変化を観察することで、磁気秩序の「指紋」を捉え、絶縁体の分類が可能であることを示しました。この成果は、物性物理学における長年の課題であった絶縁体の性質解明に新たな道を開くものであり、今後の高温超伝導体やスピントロニクス材料の研究にも貢献が期待されます。

<関連情報>

反強磁性イリジウム酸塩のコアレベル光電子スペクトルにおけるモットギャップとスレーターギャップの指紋 Fingerprints of Mott and Slater gaps in the core-level photoemission spectra of antiferromagnetic iridates

K. Nakagawa, A. Hariki, T. Okauchi, H. Fujiwara, K.-H. Ahn, Y. Murakami, S. Hamamoto, Y. Kanai-Nakata, T. Kadono, et al.
Physical Review B  Published: 7 May, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.195114

Abstract

We present Ir 4⁢ core-level hard-x-ray photoemission spectroscopy (HAXPES) experiments conducted across the antiferromagnetic (AFM) ordering transition in Ruddlesden-Popper iridates Sr2⁢IrO4 and Sr3⁢Ir2⁢O7. The Ir 4⁢ spectra exhibit distinct changes between the AFM and paramagnetic (PM) phases, with the spectral difference PMAFM showing a contrasting behavior in the two compounds. By employing computational simulations using the local density approximation combined with the dynamical mean-field theory method, we elucidate that PMAFM primarily reflects the Slater or Mott-Hubbard character of the AFM insulating state rather than material-specific details, such as crystal and/or band structures. This sensitivity to fine low-energy electronic structure arises from the dependence of charge-transfer responses to the sudden creation of a localized core hole on both metal-insulator transitions and long-range AFM ordering. Our result broadens the applications of core-level HAXPES as a tool for characterization of electronic structure in 5⁢ transition-metal compounds.

1701物理及び化学
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