[論文レビュー] The electronic structure of CeCoIn5 from angle-resolved photoemission spectroscopy II: Hybridization effects

A. Koitzsch, С. В. Борисенко+10 more|ArXiv.org|Feb 17, 2009

Rare-earth and actinide compounds被引用数 27

ひとこと要約

本研究は、周期的アンダーソン模型から導かれた二準位混合モデルに整合する、f電子と伝導帯の間の混合効果に注目して、重フェルミオン超伝導体CeCoIn5の電子構造を角度分解光電子分光法（ARPES）を用いて調査した。温度依存のARPES測定により、フェルミ準位近くでの異常な幅広化およびk依存性を示す、温度に敏感な平坦なf由来バンドが観測され、これは、この非摂動的超伝導体における強い電子相関効果を直接示す証拠となった。

ABSTRACT

We have investigated the low-energy electronic structure of the heavy fermion superconductor CeCoIn5 by angle-resolved photoemission. We focus on the dispersion and the peak width of the prominent quasi-two-dimensional Fermi surface sheet at the corner of the Brillouin zone as a function of temperature along certain k-directions with a photon energy of hn = 100 eV. We find slight changes of the Fermi vector and an anomalous broadening of the peak width when the Fermi energy is approached. Additionally we performed resonant ARPES experiments with hn = 121 eV. A flat f-derived band is observed with a distinct temperature dependence and a k-dependent spectral weight. These results, including both off- and on-resonant measurements, fit qualitatively to a two level mixing model derived from the Periodic Anderson Model.

研究の動機と目的

• 角度分解光電子分光法（ARPES）を用いて、重フェルミオン超伝導体CeCoIn5の低エネルギー電子構造を調査すること。
• ブリユアンゾーンの角部付近における準二次元的フェルミ準面シートの分散およびピーク幅が温度に依存する様子を調べること。
• 121 eVの光子エネルギーでの共鳴ARPESを用いて、局在したf電子と移動性のあり得る伝導電子の間の混合効果を調べること。
• 実験結果が周期的アンダーソン模型から導かれた二準位混合モデルと整合するかを検証すること。
• フェルミ準面近くの異常なスペクトル幅広化およびk依存性スペクトル重みの起源を理解すること。

提案手法

• CeCoIn5の電子バンド構造を特定のk方向に沿ってマッピングするために、100 eVの光子エネルギーを用いた角度分解光電子分光法（ARPES）を実施した。
• フェルミエネルギー付近でのフェルミベクトルおよびピーク幅の変化を分析するために、温度依存のARPES測定を実施した。
• f電子状態への感度を高めるために、121 eVの光子エネルギーでの共鳴ARPES実験を実施し、その分散を調べた。
• 平坦なf由来バンドを特定し、そのスペクトル重みおよび温度依存性を分析した。
• 実験データを周期的アンダーソン模型に基づく二準位混合モデルの予測と比較した。
• スペクトル重みの変化およびバンド分散を定量的に評価し、混合強度およびコherenecの効果を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CeCoIn5のブリユアンゾーンの角部におけるフェルミ準面シートの分散およびピーク幅は、温度にどのように依存するか？
• RQ2 フェルミ準面近くで観測されたARPESスペクトルにおける異常な幅広化の原因は何か？
• RQ3 CeCoIn5のf由来バンドはどのように分散し、そのスペクトル重みは運動量および温度にどのように依存するか？
• RQ4 観測されたARPESの特徴は、周期的アンダーソン模型から導かれた二準位混合モデルの予測とどの程度一致するか？
• RQ5 f電子と伝導電子の間の混合が、CeCoIn5の低エネルギー電子構造をどのように形成しているか？

主な発見

• ブリユアンゾーンの角部付近の準二次元的フェルミ準面シートについて、フェルミベクトルにわずかな温度依存性のシフトが観測された。
• フェルミエネルギーに近づくと、ARPESピーク幅に異常な幅広化が見られ、強い多体効果を示唆した。
• 121 eVの共鳴ARPESで、明確に分離された平坦なf由来バンドが観測され、温度依存性およびk依存性スペクトル重みを示した。
• 分散および強度の変化を含む観測されたスペクトル特徴は、周期的アンダーソン模型から導かれた二準位混合モデルと定性的に整合した。
• f電子と伝導帯の間の混合効果は強く運動量および温度に依存しており、強い電子相関効果を支持するものであった。
• 本結果は、重フェルミオン系の主要な特徴の一つである、混合駆動型の重い準粒子形成を直接実験的に裏付けた。