関西光科学研究所 >> プレス発表 >> 電子が織りなす隠された世界を解き明かす放射光技術を実証 ―散乱Ｘ線の偏光特性を調べることで励起した電子の軌道状態を識別することに成功―
プレス発表
平成23年6月14日
独立行政法人日本原子力研究開発機構
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
発表のポイント
- 非弾性散乱X線の偏光特性（X線の振動方向についての規則）を調べる手法を開発
- 偏光特性を調べることが、励起状態における電子の軌道状態（電子の広がり方）の識別に有効であることを実証
- 超伝導などの物性・機能の発現の仕組みの解明を加速するものと期待
独立行政法人日本原子力研究開発機構（理事長 鈴木 篤之）量子ビーム応用研究部門石井 賢司研究副主幹らは、国立大学法人東北大学（総長 井上 明久）、大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構（機構長 鈴木 厚人）及び財団法人国際高等研究所（所長 尾池 和夫）と共同で、放射光Ｘ線を用いて励起状態（電子が、通常の基底状態より高いエネルギーを持つ状態）における電子の広がりの様子を調べる測定手法を開発し、その有効性を大型放射光施設SPring-8で実証しました。
銅酸化物高温超伝導体などの遷移金属化合物1)においては、物質中で電子がどのように広がっているか（軌道状態2））が電子の動きやすさや相互作用の伝搬する方向を決定する上で重要であると考えられています。共鳴非弾性Ｘ線散乱法3)は、このような電子の軌道状態を変えるような励起を観測できる実験手法ですが、これまでは様々な軌道状態への励起状態が混在し、区別することが難しいとされてきました。
この課題を解決するために、今回、当研究グループはＸ線の特性の一つである偏光4)に注目し、散乱Ｘ線（試料によって散乱されて出てくるX線）の複数の偏光成分を分離できる装置を開発しました。この装置によって、共鳴非弾性Ｘ線散乱実験において偏光特性を調べることができます。そして、この手法を用いてSPring-8で実験を行い、どのような軌道状態へ電子が励起されたか識別することができることを遷移金属化合物である銅フッ化物KCuF3 5)で実証しました。
今回の手法開発とその実証により、偏光特性を解析した共鳴非弾性Ｘ線散乱法を用いれば、特に強相関電子系で発見されている超伝導、磁性や誘電特性など様々な物性・機能に関わる電子軌道の励起状態の種類を理論モデルによらないで決定でき、これらの機能発現機構解明が加速されるものと期待されます。
なお、本研究の一部は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業チーム型研究（CREST）の研究領域「次世代エレクトロデバイスの創出に資する革新材料・プロセス研究」の一環として行われ、米国物理学会誌”Physical Review B”のRapid CommunicationsにEditors’ Suggestionとして6月14日（現地時間）にオンライン版に掲載される予定です。
詳細は下記をご参照ください。（国立研究開発法人日本原子力研究開発機構のサイトへリンク）
- 電子が織りなす隠された世界を解き明かす放射光技術を実証 ―散乱Ｘ線の偏光特性を調べることで励起した電子の軌道状態を識別することに成功―
- 研究開発の背景と目的／研究の手法／得られた成果／今後の予定
- 用語説明
[前の記事]
「彩都」の医薬基盤研究所と「けいはんな」の日本原子力研究開発機構光医療研究連携センターと「播磨科学公園都市」の兵庫県立粒子線医療センターによる共同研究＝リサーチトライアングル・プロジェクト＝がスタートしました！！「スーパーSCID（重度複合免疫不全）マウスによるレーザー駆動陽子線の臨床実証実験」
[次の記事]
温めると縮む新材料を発見 ―既存材料の3倍収縮、精密機器の位置決めに威力―