利用共振非弹性 X 射线散射与发射谱技术探测铱酸盐中的电子激发

我们报道了对多种铱酸盐材料的全面共振非弹性 X 射线散射（RIXS）研究，重点关注芯能级激发以及晶体场分裂 d 能级之间的跃迁。在 Ir $L_3$ 吸收边产生的 2p 芯空穴寿命极短，导致较宽的吸收宽度（$\sim 5$~eV）。这种吸收线宽展宽可通过研究共振 X 射线发射谱（RXES）图来克服，该图是利用高能量分辨率单色器和分析仪获得的 Ir L$\alpha_2$ 发射的二维强度图。通过将发射光子能量限制在窄范围内，可以以高能量分辨率荧光探测（HERFD）模式获得 X 射线吸收谱，同时也可通过对入射光子能量积分来模拟准 $M_4$ 边吸收谱。两种方法均显著改善了吸收线宽，从而允许对铱酸盐及其他 $5d$ 过渡金属化合物的未占据电子结构进行详细研究。另一方面，2p 芯空穴的短寿命有利于价电子激发的研究。我们表明，由于芯空穴寿命短，$d-d$ 跃迁的 RIXS 谱的入射能量依赖关系易于理解，这验证了理论计算中广泛使用的超短芯空穴寿命近似。我们比较了多种铱酸盐中的 $d-d$ 激发，发现 t$_{2g}$ 与 e$_g$ 态之间的激发在不同材料间有许多相似之处。然而，由自旋轨道分裂的 t$_{2g}$ 能级之间跃迁产生的 RIXS 谱则随氧化态和电子带宽的不同而差异很大。