ミュオンを用いたリラクサー強誘電体における局所電荷ダイナミクス計測法の開発

利用μ子开发弛豫铁电体局部电荷动力学测量方法

基本信息

批准号：
20K05312
负责人：
岡部博孝
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tohoku University (2022)High Energy Accelerator Research Organization (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は合成法を見直し，不純物量を低減した磁気リラクサー強誘電体xBiFeO3-(1-x)BaTiO3（x = 0.5, 0.66, 1.0）について，反強磁性転移温度近傍の磁気揺らぎの観測を行った．いずれの組成も磁気転移は高温領域（500~650 K）にあるため，J-PARC物質生命科学実験施設（MLF）のミュオンS1エリアにおいて，赤外加熱装置を使用した高温μSR実験を行った．磁気転移温度近傍の測定を行った理由は，昨年度に行われた室温以下のμSR実験において，ミュオンの縦緩和率に含まれるスピンと電荷揺らぎによる寄与を見分けることが困難であったためである．高温μSR実験の結果を解析したところ，極性ナノ領域形成による電荷揺らぎが存在しない（リラクサー的性質を示さない）BiFeO3においても，スピン揺らぎとは別の揺らぎが共存していることが判明した．より詳細な実験と解析を行ったところにより，この揺らぎは高温測定で使用したグラファイト製の試料ホルダによるバックグラウンド信号に加えて，高温であることによって生じた，ミュオンの拡散運動が重複していることが判明した．そこで本年度は，上記ダイナミクスが問題にならないと予想されるBiFeO3の磁気相転移の高温側（常磁性―強誘電相）に集中して臨界現象の解析を行った．BiFeO3の臨界指数γは1.24程度であり，鉄のスピンは3次元イジング的な普遍性クラスに分類されることから，この温度領域におけるミュオンの緩和現象は，スピン揺らぎのみで説明することができることが判明した．これにより，電荷揺らぎが共存すると予想されるリラクサー組成（x=0.5, 0.66）の解析への足がかりをつかむことができた．

今年，我们回顾了杂质含量减少的磁弛豫铁电 xBiFeO3-(1-x)BaTiO3 (x = 0.5, 0.66, 1.0) 的合成方法，并观察到其在反铁磁转变温度附近的磁涨落．由于两种成分的磁转变都处于高温区域（500-650 K），因此我们在 J-PARC 材料与生命科学实验设施的 Muon S1 区域使用红外加热装置进行了高温 μSR 实验（多边基金）。之所以在磁转变温度附近进行测量，是因为在去年进行的低于室温的μSR实验中，很难区分μ子纵向弛豫率中包含的自旋和电荷涨落的贡献。对高温μSR实验结果的分析表明，即使在不存在由于极性纳米域的形成而引起的电荷波动（不表现出类似弛豫特性）的BiFeO3中，除自旋波动之外的波动也共存。更详细的实验和分析表明，这种波动是由于高温测量中使用的石墨样品架的背景信号以及高温引起的μ子扩散的重叠运动造成的。因此，今年，我们将关键现象的分析重点放在 BiFeO3 磁相变（顺磁-铁电相）的高温侧，预计上述动力学不会成为问题。 BiFeO3的临界指数γ约为1.24，铁的自旋属于三维伊辛普适类，因此得出结论：该温度范围内的μ子弛豫现象只能用自旋涨落来解释。。结果，我们能够在电荷波动预计共存的弛豫剂成分（x=0.5，0.66）的分析中站稳脚跟。