3p-3d resonant photoemission spectra of LaCoO3 at low temperature

Abstract

LaCoO3 shows a gradual nonmagnetic-to-paramagnetic transition around 90 K. The Co 3d state of LaCoO3 in a temperature range of 20-110 K was studied by using resonant photoemission spectroscopy in the Co 3p to 3d photoabsorption region. The measurements were carried out at the BL (Beamline)-2 of the SOR-RING (Synchrotron Orbital Radiation Ring). The on- and off-resonance energies were determined by total photoelectric yield and constant-initial-state spectrum for the binding energy of 1.6 eV. The enhancement of 3d-derived emission is also seen for a many-body satellite around 11 eV. With increasing temperature, the Co 3d spectral weight near the top of the valence band is moved to higher binding energies and the feature around 6 eV grows. In the satellite the relative intensity of two peaks at 10 and 12 eV changes with temperature. The temperature dependence of the difference spectrum, which is made by subtracting off-resonant EDC (Energy Distribution Curve) from on-resonant one, agrees qualitatively with a theoretical calculation, and is interpreted by a spin-state transition from low-spin state to intermediate- and/or high-spin state.

LaCoO3は約90Kにおいて非磁性から常磁性への漸進的転移を示す。20?110Kの温度範囲において、Coの3p→3dの光吸収領域で共鳴光電子放出分光を使い、LaCoO3のCoの3d状態を研究した。SOR-RING(シンクロトロン軌道放射リング)のビームライン2で測定を行った。オンおよびオフ共鳴エネルギーを1.6eVの結合エネルギーに対する全光電収量と一定初期状態スペクトルを使って測定した。3dからの放出の増加が約11eVの多体衛線に見られた。温度上昇に伴って、価電子帯の頂上近傍のCoの3dスペクトル重率はより高い結合エネルギーへと移動し、6eV近傍の特徴が成長する。衛線において、10および12eVの2つのピークの相対強度は温度とともに変化する。オン共鳴エネルギー分布(EDC)からオフ共鳴EDCを差し引いた差分スペクトルの温度依存性は、質的には理論計算と一致し、低スピン状態から中間および/または高スピン状態へのスピン状態転移により説明できる。