Resonant inelastic X-ray scattering of iridium fluorides

In this work, we will study the electronic properties of Ir Fluorides by means of Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS). The measurements were performed at ID20 beamline at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Grenoble. 5d transition metal oxides, iridates in particular, have recently been intensively explored as they display new fascinating phenomena, arising from the strong spin-orbit coupling to which they are subjected. The interest in iridium compounds is increased mostly following the theoretical prediction of high-temperature superconductivity, where the authors proposed this behaviour due to the similarity between the electronic structure of iridates and cuprates. The most known and well studied compound is Sr2IrO4, a Jeff = 1/2 Mott insulator. On the basis of electronic structure calculations, Birol et al. suggested that Rb2IrF6 may be characterised by a SU(2) symmetric ground state and therefore be a good candidate to host high-temperature superconductivity. These materials have not been extensively characterized yet, and the main goal of this work is to examine their electronic structure. We therefore carried out extensive RIXS measurements in Rb2IrF6 and other Ir Fluorides and developed a simple single-ion model for the interpretation of the data. Our results show that the eff ective trigonal/tetragonal crystal feld splitting of the 5d-t2g states is large. Contrarily to what the above-mentioned theoretical calculations predicted, we conclude that the ground state wavefunction in Ir fluorides is not close to the SU(2) symmetric case relevant for high-temperature superconductivity in iridates.

L'obiettivo di questo lavoro è studiare la struttura elettronica e le relative propriet à degli iridati, in particolare fluoruri, utilizzando la tecnica spettroscopica RIXS (Resonant Inelastic X-ray Scattering). Questa tecnica spettroscopica viene usata per caratterizzare determinate propriet à dei materiali investigando le eccitazioni elementari. In particolare questa tecnica è utilizzata per studiare le propriet à elettroniche e magnetiche di sistemi correlati, come cuprati e iridati. Gli esperimenti sono stati e ffettuati presso la beamline ID20 del sincrotrone europeo (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF) situato in Grenoble, Francia. I metalli di transizione 5d, nello specifico i composti dell'iridio (iridati), hanno recentemente suscitato un notevole interesse data la scoperta di nuove propriet à fi siche, causate principalmente dal forte accoppiamento di spin-orbita che caratterizza questi sistemi. In particolare, lo studio di questi composti è cresciuto specialmente con la predizione teorica di un possibile comportamento superconduttivo ad alta temperatura critica, data la similitudine con la struttura elettronica, cristallina e magnetica dei cuprati. Il composto dell'iridio maggiormente studiato e caratterizzato è lo Sr2IrO4, prototipo del Je ff = 1/2 isolante di Mott. Sulla base di calcoli della struttura elettronica, Birol et al. hanno recentemente mostrato che il composto Rb2IrF6, data la simmetria del ground state (SU(2)), potrebbe essere un buon candidato nel mostrare un comportamento superconduttivo ad alta temperatura critica. Questo materiale, così come altri fluoruri dell'iridio, non è stato ancora completamente studiato e caratterizzato. L'obiettivo principale di questo lavoro è quello di studiarne la struttura elettronica. Per questo motivo abbiamo e ffettuato una serie di misure RIXS sul Rb2IrF6 e altri fluoruri dell'iridio, sviluppando inoltre un semplice modello a singolo ione per l'interpretazione dei dati. I risultati ottenuti mostrano un'evidente splitting degli stati 5d-t2g causato dalla presenza di un campo cristallino tetragonale o trigonale. Contrariamente a quanto predetto dallo studio teorico della struttura elettronica del Rb2IrF6, possiamo concludere che i fluoruri dell'iridio non sono caratterizzati dall'avere simmetria SU(2), caso rilevante per la superconduttivit à ad alta temperatura negli iridati.