放射光第巻第号

()

新博士紹介
.

氏名

岩崎剛之（株式会社東芝デジタルメディアネットワーク社）
.

論文提出大学.

学位種類

博士（理学）

大阪大学

.

取得年月日

2001年 3 月

.

題目High Energy Spectroscopic Studies of Ce Compounds （Ce 化合物の高エネルギー分光による研究）.

使用施設（ビームライン） SPring8 BL25SU, KEK
PF BL3B, 11D

.

要旨

［序］

Ce 化合物は様々な興味深い物性を示すことで知られ，長年固体物理学の重要なテーマの一つとなってきた。また，その物性は 1 個の 4f 電子が担うとされ，よって Ce化合物の物性を解明するためには Ce 4f 電子状態の情報は必要不可欠なものである。 Ce4f 電子状態を調べるには，放射光を利用した Ce4d 4f 共鳴光電子分光法（ Ce4d 4fRPES ），あるいは比較的新しい Ce3d 4f 共鳴光電子分光法（ Ce3d 4f RPES ）が用いられる。これまで行われた

Figure 1. Left panels: Ce 3d4f resonance photoemission spectra(RPES) of CePdX (X＝P, As, Sb) in comparison with the Ce 4d4f
RPES. Right panels: Comparison of the resonance-minimum spectra of CePdX taken at hn～875 eV and 114 eV, representing the non
4f valence-band structures. The spectral weight of the resonancemaximum to -minimum spectra is arbitrary.

Ce4f 電子状態の研究には，利用できる放射光の特性や分解能の問題 から，低エ ネルギー（ 比較的表面 敏感な）

Ce4d4f RPES がよく用いられてきた。ところが近年，表［結果と考察］

面領域とバルク領域で Ce4f 電子状態が大きく異なっていFigure 1 の左側のパネルは Ce4f スペクトルの励起エネることが指摘された1)。一般に，バルク情報を多く含むとルギー依存性を示している。図より，バルク敏感なスペクされる Ce3d 4f RPES は励起光のエネルギーが相対的にトル（ Ce3d 4f RPES ）と表面敏感なスペクトル（ Ce4d 高い（約880 eV ）ために，そのエネルギー分解能も Ce4d4f RPES）が 3 つの化合物全てにおいて大きく異なってい
4f RPES の約40 meV と比べ，一桁悪い約500～700 meVることが分かる。また，これらのスペクトルは， A と Bであった。 よって，こ れまで表面 領域とバル ク領域での 2 つのピーク構造からなっており，これらのピークはCe4f 電子状態が大きく異なっていることは分かったもの

Ce4f 電子状態が周りの軌道と混成することによってできの，それらの詳細な比較議論ができなかった。

た結合状態(B)と反結合状態(A )に起因している。全ての以上のような状況の中で最近 SPring-8 が完成し，高分化合物に対して，表面敏感な Ce4d 4f スペクトルからバ解能でかつ高エネルギーな励起光が利用可能になった。そルク敏感な Ce3d 4f スペクトルに変化することで，ピーこで，上記問題を解決すべく Ce 化合物の高分解能 Ce3d

ク A に対するピーク B のピーク強度比（IB/IA ）が大きく4f RPES を行った。本研究では，様々な特異な物性を示なっていることがわかる。これは表面領域よりバルク領域すことで知られるプニクトゲンを含む，新物質 CePdXにおける混成の方が強いことを表している。

（ X ＝P, As, Sb ）の Ce 4f 電子状態を調べた。特に，実験

一方， Fig. 1 の右側のパネルは，価電子帯のスペクト結果を理論解析することによってバルクと表面の電子状態

ル（Ce(5d)1, Ce(6s)2, Pd(4d)10, X( p)3）を表している。に分離し，その電子状態の違いを詳細に調べた。

これらのスペクトルは，励起光のエネルギーを約 875 eV［実験］（ Ce3d 4f RPES ）と約 114 eV （ Ce4d 4f RPES ）に合わ

バルク電子状態は， SPring-8 の BL25SU において高分せることにより， Ce4f からの放出をほとんど打ち消すこ

解能 Ce 3d 4f RPES を行うことで調べられた。一方，表と（共鳴極小）によって得ている。クロスセクションを考面電子状態は， KEK PF の BL 3B および BL 11D にお慮するとこれらのスペクトルには Pd4d 軌道からの寄与がいて，高分解能 Ce4d 4f RPES によって調べられた。そ大きく反映されている。実験結果において，表面とバルクれぞれの分解能は Ce3d4f RPES が hn～880 eV において領域のスペクトル間に違いが見られるが，これは Pd4d 軌

DE～100 meV であり，一方，Ce4d4f RPES は約120 eV

道が 114 eV 付近において Cooper minimum に相当するた前後の光で DE～40 meV であった。

めに，表面領域のスペクトルにおいて Pd4d の放出がかな――(C) 2002 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

放射光Figure 2. The resonance-minimum spectra for CePdX (X＝P, As,Sb) taken at the Ce 3d and 4d thresholds compared with the resultsof the band-structure calculation for LaPdX (X＝P, As, Sb). The
band-structure calculations are broadened by a Gaussian and a
Lorentzian function, considering the relative photoionization crosssections.

第巻第号()

Figure 3. Comparison of the Ce 4f spectrum studied by the 3d4f(left panels) and 4d
4f (right panels) RPES with the calculated
spectra for CePdX (X＝P, As, Sb).

Table 1. Parameters used in the NCA calculation for bulk (a) andsurface (b) components and nf obtained by this analysis.
( a)

り抑えられていることに起因していると考えられる2)。
以上のことを確かめるために，これらの価電子帯スペク

efep(eV) (eV)(a)トルと LaPdX （ X ＝P, As, Sb ）に対してなされたバンド計算とを比較した（K. Takegahara, H. Harima, T. Oguchiとの共同研究による）。Figure 2 の左側のパネルはバルク領域の価電子帯スペクトルであり，右側のパネルは表面領

CePdP (bulk)
CePdAs (bulk)
CePdSb (bulk)

CePdP (surface)
CePdAs (surface)

み込んで得られたものである。 Figure 2 より，実験結果

CePdSb (surface)と計算結果はほぼ一致していることが分かる。よって，こ(a)れらの化合物において，価電子帯における表面領域とバル( b)ク領域のスペクトル間の違いは，主に各軌道間（特に，Pd4d ）の光電子放出におけるクロスセクションの違いに

nf

2.0

4.5

64

0.9965

2.3
2.1

3.2
4.05657

0.9967
0.9968rV 2 (EF)(meV)(b)d(meV)(c)nfSurfaceefep(eV) (eV)(a)子放出によってできた正孔の寿命および装置の分解能を畳d(meV)(c)1.6
1.7(b)

軌道に対してなされたバンド計算の結果に対して，励起光rV 2 (EF)(meV)(b)1.7域の価電子帯スペクトルを表す。計算結果（実線）は，各のエネルギーに依存した各軌道のクロスセクション，光電Bulk

2.7

2.0

4.0

57

0.9979

2.7
2.7

2.3
2.1

2.4
2.5

4236

0.99800.9981Highest position of the energy distribution rV 2 (E).
The values of rV 2 (E) just at the Fermi level.
(c) The average of the hybridization strength deˆned as the following:fBd＝pよるものと考えられる。
次に，不純物アンダーソンモデルに基づいた non-cross-rV 2(E)dEB0(B represents the valence-band width in eV)

ing approximation ( NCA ) 法を用いて，実験で得られた
Ce4f スペクトルを再現することを試みる3)。この NCA 計算法は，各束縛エネルギーにおける混成強度（混成強度のり，一方，Ce4d4f RPES（hn～120 eV）における表面とエネルギー依存性rV 2(E)）をパラメータとして利用でバルクの比 Is/Ib は～1.33と見積もることができた4)。

きるという特徴を持つ。また，この解析においては表面第Figure 3 は， Table 1 に示したパラメータおよび Fig.

一層を表面成分とし，第二層以下をバルク成分と仮定し4 に示した混成強度のエネルギー依存性を用いて， Ce4fた。これにより，Ce3d4f RPES（hn～880 eV）スペクトスペクトルを再現したものである。 Figure 3 のように，

ルにおける表面成分とバルク成分の比 Is /Ib は～ 0.28 であCe3d 4f RPES および Ce4d 4f RPES によって得られた――放射光第巻第号

()トルの分離にも成功した。 Figure 4 より，表面とバルク領域でのスペクトルの違いは，混成強度のエネルギー依存性の違いよりむしろ 1 eV 近く離れた ef の違いに起因していることが分かった。
本研究では， CePdX （ X ＝P, As, Sb ）に対して，Ce4d
4f RPES と 同 等 の 高 分 解 能 で バ ル ク 敏 感 な Ce3d 4fRPES を行った。この結果を NCA 計算を用いて詳細に解析することにより， Ce4f 電子状態の表面およびバルク電子状態に分離することに成功した。またこの結果は，不純物アンダーソンモデルが少なくともこれらの近藤系 Ce 化合物（近藤温度 TK～数 K ）に対して充分に適用できることを示している。しかしながら，価数揺動系 Ce 化合物（TK＞数 100 K ）に対して，不純物アンダーソンモデルが適用できるどうかはまだ議論が分かれており，近藤共鳴ピークの振る舞いを含めて今後より系統的な研究が必要である。
Figure 4. Partial density of states of the pnictogen X p states ofCePdX (X＝P, As, Sb) are compared with the optimized rV 2(E)employed in the non-crossing calculation for represented by the solid(dashed) lines for the bulk (surface) component.

参考文献
1)
2)
3)
4)

全ての化合物に対する Ce4f スペクトルをほぼ再現することに成功した。また同時に，表面とバルクの Ce4f スペク――

C. Laubschat et al.: Phys. Rev. Lett. 65, 1639 (1990).
J. J. Yeh et al.: At. Data Nucl. Data Tables 32, 1 (1985).
Y. Kuramoto: Z. Phys. 53, 37 (1983).
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（受付番号）