平成２３年６月１４日
独立行政法人日本原子力研究開発機構
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
独立行政法人日本原子力研究開発機構【理事長 鈴木篤之】量子ビーム応用研究部門石井賢司研究副主幹らは、国立大学法人東北大学【総長 井上明久】、大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構【機構長 鈴木厚人】及び財団法人国際高等研究所【所長 尾池和夫】と共同で、放射光Ｘ線を用いて励起状態（電子が、通常の基底状態より高いエネルギーを持つ状態）における電子の広がりの様子を調べる測定手法を開発し、その有効性を大型放射光施設SPring-8で実証しました。
銅酸化物高温超伝導体などの遷移金属化合物1)においては、物質中で電子がどのように広がっているか（軌道状態2））が電子の動きやすさや相互作用の伝搬する方向を決定する上で重要であると考えられています。共鳴非弾性Ｘ線散乱法3)は、このような電子の軌道状態を変えるような励起を観測できる実験手法ですが、これまでは様々な軌道状態への励起状態が混在し、区別することが難しいとされてきました。
この課題を解決するために、今回、当研究グループはＸ線の特性の一つである偏光4)に注目し、散乱Ｘ線（試料によって散乱されて出てくるX線）の複数の偏光成分を分離できる装置を開発しました。この装置によって、共鳴非弾性Ｘ線散乱実験において偏光特性を調べることができます。そして、この手法を用いてSPring-8で実験を行い、どのような軌道状態へ電子が励起されたか識別することができることを遷移金属化合物である銅フッ化物KCuF3 5)で実証しました。
今回の手法開発とその実証により、偏光特性を解析した共鳴非弾性Ｘ線散乱法を用いれば、特に強相関電子系で発見されている超伝導、磁性や誘電特性など様々な物性・機能に関わる電子軌道の励起状態の種類を理論モデルによらないで決定でき、これらの機能発現機構解明が加速されるものと期待されます。
なお、本研究の一部は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業チーム型研究（CREST）の研究領域「次世代エレクトロデバイスの創出に資する革新材料・プロセス研究」の一環として行われ、米国物理学会誌”Physical Review B”のRapid CommunicationsにEditors’ Suggestionとして6月14日（現地時間）にオンライン版に掲載される予定です。
以上