非調和熱振動がもたらす新奇物性の中性子散乱による研究

利用中子散射研究非简谐热振动引起的新物理性质

基本信息

批准号：
23740247
负责人：
金子耕士
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

大きめのカゴ状構造に内包されたイオンが示す、大振幅の非調和振動と、それが引き起こす新奇物性について、単結晶中性子構造解析を中心に、その詳細な描像を明らかにすることを目指していた。しかし今年度は、震災の影響により、研究の主軸として考えていた、研究炉原子炉JRR-3及びパルス中性子源J-PARC/MLFともに停止してしまったため、国内での中性子散乱実験実施が不可能になった。そのため、海外施設を用いた中性子散乱実験及び放射光X線非弾性散乱実験へと切り替えて、研究を進めた。まず、これまでに顕著な大振幅非調和熱振動を示すことを明らかにしたPrOs_4Sb_<12>について、非調和振動が誘起する動的応答を探索するため、高効率中性子回折計を用いた実験を行った。その結果、温度上昇に伴い振幅が大きくなるにつれて、特定の格子点周りに散漫散乱状の散乱強度の増加を見出した。この散乱は構造因子の大きい格子点周りに観測されている事から、格子歪みとの結合が考えられ、この歪みを通じて物性に影響を及ぼしている可能性がある。この結果に基づき、非弾性X線散乱実験により、フォノンのゾーン依存性について調べた。その結果、音響フォノンとゲストモードの混成効果がゾーンにより大きく異なることを明らかにした。実験結果から、非調和性とゲスト-格子相互作用及び物性との関連を明らかにするため、定量的な解析を進めている。今回の結果から、スクッテルダイトにおける非調和熱振動が及ぼす影響として、ゲストモードのソフト化だけではなく、音響フォノンとの混成効果の重要性を明らかにすることが出来た。より調和的だと考えているPrRu4Sb12やパイロクロア、クラスレート等の関連化合物へと展開していくことで、非調和振動の発現条件、さらには物性発現機構の解明へと迫っていくことを計画している。

目的是阐明由封闭在大型篮子样结构中的离子表现出的大振幅非谐声振动的详细图像及其引起的新型特性，重点是分析单晶中子结构。然而，由于地震的影响，今年的JRR-3反应堆和脉冲中子源J-PARC/MLF（我们认为是我们研究的主要重点）已被停止，这使得无法在日本进行中子散射实验。因此，我们使用海外设施和同步辐射X射线非弹性散射实验切换到中子散射实验，并进行了我们的研究。首先，我们使用高效率中子衍射仪进行了一个实验，以搜索Pros_4SB_ <12>的非谐波振动引起的动态响应，该反应已被证明具有明显的大幅度非谐波热振动。结果，随着幅度随温度升高的增加，发现特定晶格点周围的散射强度会增加。在晶格点周围观察到这种散射，其结构因子很大，因此可能会耦合到晶格失真，并且这种失真可能影响物理性质。基于这些结果，通过非弹性X射线散射实验研究了声子的区域依赖性。结果表明，声音子和来宾模式的杂交效应取决于该区域。正在进行定量分析，以阐明实验结果中的非谐度，宾客相互作用与物理特性之间的关系。该结果揭示了非谐波热振动在Skutterudites中的重要性，不仅可以软化来宾模式，而且还软化了杂交效应对声音声子的重要性。通过将其开发到相关的化合物中，例如Prru4SB12，Pyrochlores和Clathrates，我们认为它们更加和谐，我们计划探索出现过谐振动的条件，以及物理特性的机制。