Technical Report of ISSP Ser. A: Number 2737

Abstract

The electronic structures of the chalcopyrite-type CuFeS2 and CuAl(0.9)Fe(0.1)S2 are studied by X-ray Photoemission (XPS), resonance photoemission, Auger-electron, optical reflectance and Electron-Energy-Loss (EELS) spectroscopies. The Fe 3d-derived states are revealed by the valence-band XPS spectra and the Fe 3p core resonance photoemission spectra. The spectra are analyzed by configuration-interaction calculation on the FeS4 cluster model; the analysis yields the S 3p to Fe 3d charge-transfer energy Delta close to zero, indicating strong covalency between the Fe 3d and S 3p orbitals. This situation is reflected upon the reduced Fe magnetic moment and the high Neel temperature of CuFeS2. The S 3p to Fe 3d charge-transfer excitation is resolved in the optical reflectance and EELS spectra, which explains the larger binding-energy tails of the core-level photoemission spectra of CuFeS2. The Cu 3d two-hole bound state is studied through the Cu L(sub 3)M(sub 4,5)M(sub 4,5) Auger and Cu 3p core resonance photoemission spectra, from which the effective Coulomb energy U(sub eff)((sup 1)G) between the two holes and the Cu 3d to 4sp promotion energy Delta(sub d-sp) are evaluated. The Cu 2p core XPS spectrum of CuFeS2 has revealed a mixing of the d(exp 9)('Cu(exp 2+)') configuration into the formally monovalent Cu. This is interpreted as due to the Cu 3d-Fe 3d hybridization mediated by the S 3sp valence states.

黄銅鉱型CuFeS2とCuAl0.9Fe0.1S2の電子構造をX線光電子放出(XPS)、共鳴光電子放出、Auger電子、光学的反射率および電子エネルギー損失分光法(EELS)により調べた。Feの3d誘導状態を価電子帯XPSスペクトルとFe3pコア共鳴光電子放出スペクトルにより解明した。これらのスペクトルをFeS4クラスタ模型についての配置間相互作用の計算により解析し、Fe3dとS3p軌道の間の強い共有原子価を示す0に密接したS3p→Fe3d電荷移動エネルギーΔを求めた。この結果を換算Fe磁気モーメントとCuFeS2の高Neel温度に反映させた。S3p→F3d電荷移動励起をCuFeS2のコア準位光電子放出スペクトルの大きな結合エネルギーの尾を説明する光学的反射率とEELSスペクトルにより明らかにした。Cu3d2空孔束縛状態をCuL3M4.5M4.5 AugerとCu3pコア共鳴光電子放出スペクトルにより調べた。この2つのスペクトルから2つの空孔およびCu3d→4spプロモーションエネルギーΔ(d-sp)の間の有効クーロンエネルギーを評価した。CuFeS2のCu 2pコア XPSスペクトルにより形式的に単原子価状態の銅へのd｛9｝(Cu(2+))コンフィグレーションの混合を明らかにした。これはS 3sp原子価状態により媒介されたCu3d-Fe3dのハイブリッド化により説明できる。