|
研究会の名称
凝縮体の動的構造研究会 / Research Group for Dynamical Structure of Condensed Matter
代表者、副代表者
代表者
氏名 山田 和芳 / Yamada Kazuyoshi
所属 東北大学 原子分子材料科学高等研究機構 / Tohoku University Advanced Institute for Materials Research
連絡先 kyamada( at )imr.tohoku.ac.jp
副代表者
氏名 高木 英典 / Takagi Hidenori
所属 理化学研究所、東京大学大学院新領域創成科学研究科 / RIKEN, Univ. of Tokyo
連絡先 h-takagi( at )riken.jp
研究会の活動目標・目的
目標・目的
本研究グループは，これまでの課題と目標を引き継ぎ、凝縮体のX線非弾性散乱(IXS)研究を活性化し推進する。グループはメンバー相互の議論と情報交換により魅力ある実験を提案し行うことで、物質科学の新しい展開を担う。これまでX線散乱が強相関電子系のダイナミクスの理解へ重要な貢献をしてきたように、この研究会では中心となる第一の重要テーマは、凝縮系の格子ダイナミクスである。特にX線の高輝度性を生かした特徴的な研究の可能性を議論し実行する。それに加えて金属酸化物などにおけるorbitonなど電荷のダイナミクスも研究対象に設定する。その際、他の手法（光電子分光、光散乱、中性子分光など）からの情報を相補的に活用する方策に付いても議論する。またこのようなIXS研究を推進させるための次世代型IXS装置に要請される性能の議論や提案も行い、装置建設提案に対するユーザーサイドからのサポートを行いたい。
背景
研究対象は広範囲な物質群にわたるが，その中でも主たるものは高温超伝導体などの強相関電子系と不規則系である。例えば，銅酸化物超伝導体やマンガン酸化物，あるいは有機伝導体などに代表される，ドープされたモット絶縁体では，電荷ドープ量やバンド幅制御により，多くの競合した相が出現する。それは電荷，スピンそして格子の自由度が互いに絡まり合っているためで，このような系を総合的に理解するためには，電荷秩序や磁気構造，そして結晶構造などの静的構造の研究に加えて，電荷揺らぎ，磁気揺らぎそして格子振動といった動的構造を、エネルギー空間だけでなく，波数空間においても系統的に研究する必要がある。
第三世代放射光源を利用した高分解能IXS装置はこのような物質群の研究にフィットする装置である。中性子では不得意な微小単結晶の非弾性散乱測定が可能な点は、もちろん一番の特徴ではあるが，X線の特徴を最大限に生かした測定を探求し，試みた例は依然として少ない。その意味でも，高分解能X線非弾性散乱は，今後まだまだ大きな展開が予想される。例えばX線は，電荷に対する感受性が高いため，中性子では不可能な，直接的な電荷揺らぎの観測が原理的に可能である。
一方，IXSとは相補的な手段も大きく状況が変化している。中性子散乱実験も，大強度のパルス中性子源が立ち上がることで，例えば1eV領域にいたるスピン揺らぎや，格子振動の詳細な研究が可能になるであろうし，偏極中性子の利用により，磁気散乱成分の抽出精度が飛躍的に上がる可能性がある。さらに角度分解光電子分光もこの１０年間で，飛躍的にエネルギーおよび波数分解能が向上し，中性子，X 線および光電子分光の３者が同じ土俵に立つにいたった。このような異なる手法が，互いに相補性を利用することで，全く新しいサイエンスへの挑戦も期待できる。このような状況を踏まえ，高分解非弾性散乱装置の，更なる有効利用，中性子非弾性散乱や光電子分光との相補的利用の方向性を引き続き探りたい。
主な具体的活動
１）高分解能IXSと次世代中性子散乱や角度分解光電子分光との相補性を明らかにし，それを最大限活用させた新しいサイエンスの開拓を目指す。そのための研究会をX線と相補的な手段である、光電子分光、光散乱、トンネル分光や中性子分光などの研究者が合同で開催する。
２）IXSの研究分野への新規研究者（特に若手研究者）の参入を促進し、35XUのビームラインに設置されている高分解能非弾性散乱装置の特徴を最大限に生かした新しいサイエンスを積極的に発掘し実践する。
３）IXSを用いた研究手法やデータ解析などの情報をさまざまな研究者に提供し、この分野のサイエンスコミュニティーの拡大発展を促進する。
４）上記の研究をさらに発展・展開させるために必要となる，次世代型のIXS装置像を練り上げる。
This research group successively continues to actively promote inelastic x-ray scattering (IXS) studies of the dynamical structure of condensed matter. Through intra-group discussions and exchange of information we would like to propose and perform many attractive IXS experiments, and open a new paradigm of material science. In this group we will focus primarily on lattice dynamics of condensed matter. We aim to carry out new types of experiment by applying the extremely high luminosity of synchrotron x-ray beam. In addition, we hope to study electronic dynamics such as orbiton by incorporating relevant data from other complementary probes such as photoemission, light scattering and neutron scattering etc. Furthermore, we would like to provide advice on upgrades to BL35 and will help to promote a proposal to install a new spectrometer at SPring-8 facility for new scientific frontiers.
Background
In the second half of the 20th century, neutron scattering had a monopoly on experimental studies on both spin and lattice dynamics in condensed matter. However, momentum-resolving x-ray inelastic scattering spectrometers at 3rd generation synchrotron sources have destroyed this monopoly on lattice dynamics. Now, x-rays can study lattice dynamics, as well as or, in some cases, better than by neutrons. Furthermore, in principle, IXS can detect the momentum and energy dependence of electronic dynamics directly. Finally, angle resolved photoemission (ARPES) spectroscopy has recently achieved energy resolution down to several meV. Now, these three spectroscopic techniques have comparable instrumental resolution to investigate lattice/spin dynamics or electronic structure in condensed matter.
Among the wide variety of materials to be studied in material science, high-Tc superconductors, strongly correlated electron systems such as cuprates, manganites, and many other metal oxides and ferroelectrics, organic conductors, and disordered materials are interesting target materials. In these systems, carrier doping or band-width control induces many exotic phases, which are competing each other due to the interplay among spin, charge and lattice degrees of freedom. Therefore, the complementary use of the above mentioned spectroscopic techniques are indispensable to understand the microscopic mechanism of these phases.
In this situation, it is very timely, and will be very productive, to discuss the applicability of IXS, since this technique is youngest among many spectroscopic techniques.
Activities
The subgroup will focus to organize and promote activities relating to the measurement of the dynamical structure of materials, especially by IXS. This will include:
1) Organization of scientific meetings where IXS results, preferably in combination with other relevant results from x-ray or even non-x-ray spectroscopy (e.g. neutron, ARPES, STS, light scattering), can be discussed to encourage collaboration and complimentary use with non-x-ray spectroscopy for new sciences.
2) Encourage scientists to propose and perform the best sciences suitable for inelastic x-ray scattering spectrometer at BL35.
3) Distribution of information related to specific experimental methods, data-analysis, etc., to facilitate experiments by both experienced and new members to grow IXS science community.
4) Providing advice on upgrades to BL35 and, will help to promote a proposal to install a new spectrometer at SPring-8 facility.
Feedback |