[論文レビュー] The J_{eff}=1/2 Mott insulator Sr3Ir2O7 studied by angle-resolved photoemission spectroscopy

B. M. Wojek, Magnus H. Berntsen+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2012

Advanced Condensed Matter Physics被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、角度分解光電子分光法（ARPES）を用いて、J_{eff}=1/2 Mott絶縁体であるSr3Ir2O7の低エネルギー電子状態を調査した。その結果、Sr3Ir2O7とSr2IrO4におけるJ_{eff}=1/2状態のバンド幅は類似しているが、スペクトル重みの分布には顕著な違いが認められ、Sr3Ir2O7ではJ_{eff}=1/2状態からの光電子発射が抑制されている。また、Sr3Ir2O7のARPESデータは、Sr2IrO4のデータよりもバンド構造計算との一致が良いことが示された。

ABSTRACT

The low-energy electronic structure of the J_{eff}=1/2 spin-orbit insulator Sr3Ir2O7 has been studied by means of angle-resolved photoemission spectroscopy. A comparison of the results for bilayer Sr3Ir2O7 with available literature data for the related single-layer compound Sr2IrO4 reveals qualitative similarities and similar J_{eff}=1/2 bandwidths for the two materials, but also pronounced differences in the distribution of the spectral weight. In particuar, photoemission from the J_{eff}=1/2 states appears to be suppressed. Yet, it is found that the Sr3Ir2O7 data are in overall better agreement with band-structure calculations than the data for Sr2IrO4.

研究の動機と目的

• 角度分解光電子分光法（ARPES）を用いて、J_{eff}=1/2 Mott絶縁体であるSr3Ir2O7の低エネルギー電子状態を調査すること。
• バイレイヤー構造を有するSr3Ir2O7と単層化合物Sr2IrO4の電子的性質を比較すること。
• 両材料について、実験的ARPESデータと理論的バンド構造計算との一致度を評価すること。
• 特にJ_{eff}=1/2状態に注目し、Sr3Ir2O7とSr2IrO4間のスペクトル重み分布の違いを理解すること。

提案手法

• Sr3Ir2O7の電子状態を調べるために角度分解光電子分光法（ARPES）が用いられた。
• Sr3Ir2O7のARPESデータは、既に発表済みのSr2IrO4のデータと比較された。
• 理論的参照としてバンド構造計算が用いられ、実験データの整合性が評価された。
• Sr3Ir2O7とSr2IrO4間で、J_{eff}=1/2状態のスペクトル重み分布が分析され、対比された。
• 両材料におけるJ_{eff}=1/2バンドのバンド幅および強度特徴に注目した分析が行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sr3Ir2O7の電子状態は、Sr2IrO4と比較してJ_{eff}=1/2バンド分散およびバンド幅の面でどのように異なるか？
• RQ2 Sr2IrO4と類似したバンド幅を示すにもかかわらず、なぜSr3Ir2O7ではJ_{eff}=1/2状態からの光電子発射が抑制されているのか？
• RQ3 ARPES測定において、Sr3Ir2O7のデータはSr2IrO4のデータと比較して、理論的バンド構造計算とどの程度一致しているか？
• RQ4 Sr3Ir2O7とSr2IrO4間のスペクトル重み分布の違い、特にJ_{eff}=1/2状態においては、何が原因と考えられるか？

主な発見

• Sr3Ir2O7におけるJ_{eff}=1/2状態のバンド幅は、Sr2IrO4と類似しており、類似した電子相関が存在することを示している。
• Sr3Ir2O7では、Sr2IrO4と比較してJ_{eff}=1/2状態からの光電子強度が顕著に抑制されている。
• スペクトル重みの抑制にもかかわらず、Sr3Ir2O7のARPESデータは、Sr2IrO4のデータよりもバンド構造計算との一致が良好である。
• Sr3Ir2O7におけるスペクトル重みの分布は、Sr2IrO4とは顕著に異なり、多体効果や行列要素効果の違いが関係している可能性がある。