Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

X線回折 / 強相関電子系 / 拡張多極子秩序 / 強相関系 / 放射光 / 共鳴X線回折

狭義の多極子は一原子がもつ波動関数で表される．最近これを拡張した近接原子を含めたクラスター多極子や，軌道角運動量の異なる軌道から構成されるハイブリッド多極子などの拡張多極子が提唱されている．この背景には，マルチフェロイック物質に代表される交差相関による電気磁気応答，輸送現象，励起構造などの非自明な物理現象を統一的に理解しようと試みがある．このような交差相関においては、局所的な空間反転対称性と時間反転対称性の破れを表す奇パリティ拡張多極子の働きを理解することが重要である．この奇パリティ拡張多極子は，その掌性による符号があり，ドメインを形成する．
共鳴X線回折は拡張多極子が形成するドメイン構造を可視化できる非常に有用な手段である．目的とする元素の吸収端を利用することによって拡張多極子が形成する秩序を同定し，さらにマイクロビームによる走査によってドメイン構造を観察することができる．
当該年度はアナポール秩序が存在すると考えられているCuO，TbB4などの試料においてアナポール秩序，モノポール秩序のドメイン構造の観察および制御の研究をおこなった．CuOの研究においては低温における多段階秩序のドメイン形成についての知見を得，TbB4においては，モノポール秩序のドメイン形成に関する知見を得ることができた．
装置開発では、集光レンズとして用いるゾーンプレートのピエゾ素子を用いた微少移動システムの構築、集光試験を行った。その結果，Fe L3吸収端エネルギーにおいて集光サイズ200ナノメートルが実現できていることを確認した．この集光サイズは従来のミラー集光によるマイクロビーム幅20マイクロメートルを約二桁更新している。このように空間分解能が飛躍的に向上することとなった。今後，この技術を用いてより微細なドメイン構造を観察することができると期待できる．

強相関電子系 / 角度分解光電子分光 / 薄膜 / 放射光 / 遷移金属酸化物 / 量子井戸 / 強相関 / 酸化物 / 電子状態

近年、強相関遷移金属酸化物SrVO3極薄膜において、膜厚方向に伸びたd軌道由来のバンドが量子化する金属量子井戸（QW）状態が発見された。本研究は、薄膜構造によりこのQW状態の波動関数を制御することで、強相関金属QWを用いた超格子などのデバイス展開に向けた、新たな量子物性の探索及び物質設計の基盤を築くことを目的とした。
その目的のため、SrVO3極薄膜や多層膜構造におけるQW状態を角度分解光電子分光により調べた。実験結果は、SrVO3 QW状態に対してARPESによる電子構造解析が非常に有効であり、SrVO3多層膜構造を用いることでQW状態（強相関波動関数）を制御可能なことを明らかにした。

X線・粒子線 / 放射光 / 共鳴X線回折 / 強相関電子系 / Ｘ線 / 物性実験 / ナノ材料 / 磁性 / 複合材料・物性 / 強相関系 / 新機能材料

SPring-8理研ビームライン17SUに設置した軟X線回折計を用い，強相関電子系物質の秩序状態の観察を行っている．特に，円偏光X線を利用することによって，結晶カイラリティ，スピンカイラリティの判別さらにはドメイン分布の観察を行っている．ドメイン分布の観察には，極度に集光したX線ビームが必要である．この科研費プロジェクトでは，ミラー集光による直径1５マイクロメートルの集光サイズを，ゾーンプレートシステムに置き換えることによって，その約1/100の数100ナノメートルの集光サイズを実現した．これによって強相関電子系のドメイン観察および外場によるドメイン制御などの研究を推進することができる．

強相関電子系 / マンガン酸化物 / 電荷秩序 / 軌道秩序 / 放射光 / X線回折 / 共鳴X線散乱 / ペロブスカイト / X線共鳴散乱

高温超伝導や巨大磁気抵抗効果などの強相関電子系の研究を通して、"電子のもつ3つの内部自由度(電荷・スピン・軌道)の秩序状態とそれらの結合状態が、系の物性に決定的な影響を与える"という認識が広く受け入れられるようになってきた。本研究では、当初、層状ペロブスカイト型酸化物を対象として、その電荷・スピン秩序化の研究を行ってきた。ところが、研究の進行に伴い、電子のもう1つの自由度である軌道に関しても、放射光共鳴X線散乱という新しい実験手法によって、直接的にその秩序状態が観測できることを発見した。軌道秩序の観測のための他の実験手法は非常に限られていたため、本手法は大いに注目を集めることなった。本手法の発見当時は、軌道秩序の対称性しか議論できなかったが、集中した手法開発により、現在では、軌道状態の定量的な議論を行うことができるようになった。
放射光X線の持つ3つの特徴、エネルギー可変性・高輝度・偏光特性を駆使したこの共鳴X線散乱法を主として用い、多くのペロブスカイト型酸化物の電荷・軌道秩序状態を明らかにしてきた。特に最近の大きな成果は、"電荷・軌道短距離秩序の観測"と"人工格子における軌道超格子の観測"である。この短距離秩序の観測により、対象とした系での電荷・軌道相転位のメカニズムに関して知見を得ることができた。一方、軌道超格子の観測は、電子移動をミクロに制御した将来の電子デバイスへの発展に大きな寄与ができるものと期待している。

【研究分担者】
大浦正樹	国立研究開発法人理化学研究所	放射光科学研究センター	チームリーダー	(Kakenデータベース)
田中義人	兵庫県立大学	理学研究科	教授	(Kakenデータベース)
木村剛	東京大学	大学院新領域創成科学研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
木村剛	大阪大学	基礎工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
大浦正樹	国立研究開発法人理化学研究所	放射光科学総合研究センター	ユニットリーダー	(Kakenデータベース)
チャイナニアシシ	国立研究開発法人理化学研究所	放射光科学総合研究センター	専任研究員	(Kakenデータベース)
田口宗孝	奈良先端科学技術大学院大学	物質創成科学研究科	特任助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
有馬孝尚	筑波大学	物質工学系	助教授	(Kakenデータベース)
田中雅彦	高エネルギー加速器研究機構	物質構造科学研究所	助手	(Kakenデータベース)