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

• Project/Area Number: 23740247
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 金子 耕士 日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (30370381)
• Project Period (FY): 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2013: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2012: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2011: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 物性実験 / 量子ビーム / 強相関電子系 / 低温物性 / 非調和熱振動 / ラットリング

Research Abstract

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。

Research Products

• [Journal Article] Neutron Scattering Study on High-quality Single Crystals of Non-Centrosymmetric Heavy-Fermion Superconductor CePt_3Si (2012)
  • Author(s): K.Kaneko, et al
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of magnetic field in heavy-fermion compound YbCo_2Zn_<20> (2012)
  • Author(s): K.Kaneko, et al
  • Journal Title: J.Phys. : Conf.Ser. Volume: (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Excitations in the spin-5/2 Antiferromagnetic Trimer Substance SrMn_3P_4O_<14> (2011)
  • Author(s): M.Hase, M.Matsuda, K.Kaneko, et al
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Issue: 21
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.214402
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Subgap in the Edge States of Two-Dimensional Chiral Superconductor with Rough Surface (2011)
  • Author(s): Y. Nagato, S. Higashitani, K. Nagai
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 80 Issue: 11 Pages: 113706-113706
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.113706
  • NAID: 210000109254
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnons and electromagnons in a spin-lattice-coupled frustrated magnet CuFeO_2 as seen via inelastic neutron scattering (2011)
  • Author(s): T.Nakajima, A.Suno, S.Mitsuda, N.Terada, S.Kimura, K.Kaneko, et al
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Issue: 18 Pages: 184401-184401
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.184401
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neutron Diffraction Study of Successive Magnetic Phase Transitions of Distorted-Triangular-Lattice Antiferromagnet RbFeBr_3 (2011)
  • Author(s): Y.Nishiwaki, A.Oosawa, K.Kakurai, K.Kaneko, et al
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Issue: 8 Pages: 084711-084711
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.084711
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neutron Scattering Studies of the spin-5/2 Antiferromagnetic Linear Trimer Substance SrMn_3P_4O_<14> (2011)
  • Author(s): M.Hase, A.Donni, K.Ozawa, O.Sakai, V.Pomjakushin, L.Keller, K.Kaneko, et al
  • Journal Title: J.Phys. : Conf.Ser. Volume: 340 Pages: 012066-012066
  • DOI: 10.1088/1742-6596/340/1/012066
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Current Status of a Time-of-Flight Single Crystal Neutron Diffractometer SENJU at J-PARC (2011)
  • Author(s): I.Tamura, K.Oikawa, T.Kawasaki, T.Ohhara, K.Kaneko, et al
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Pages: 120401-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/340/1/012040
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 重い電子系化合物YbCo_2Zn_<20>の中性子非弾性散乱実験及び磁場効果 (2012)
  • Author(s): 金子耕土, 他
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] Effect of magnetic field on magnetic excitation in heayy-fermion superconductors probed vianeutro scattering (2012)
  • Author(s): K.Kaneko, et al
  • Organizer: 2^<nd> International REIMEI workshop on New approach to the exotic phases of actinide compounds under unconventional extreme conditions (REIMEI2012)
  • Place of Presentation: Grenoble, France(招待講演)
  • Year and Date: 2012-02-01
• [Presentation] 充填スクッテルダイトPiO_<4s>Sb_<12>におけ非調和振動に起因した新規応答の探索 (2012)
  • Author(s): 金子耕士
  • Organizer: 特定領域「ユビキタス元素戦略」第9回領域会議
  • Place of Presentation: 物質・材料研究機構
  • Year and Date: 2012-01-10
• [Presentation] Neutron Scattering Study on High-quality Single Crystals of Non-Centrosymmetric Heavy-Fermaion Superconductor CePt_3Si (2011)
  • Author(s): K.Kaneko, et al
  • Organizer: International workshop on heavy fermions(TOKIMEKI2011)
  • Place of Presentation: Osaka, Japan(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] Neutron scattering study on rattling in filled skutterudite compounds (2011)
  • Author(s): K.Kaneko, et al
  • Organizer: International Conference of New Science Created by Materials with Nano Space
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] Novel antiferromagnetic ground state in non-centrosymmetric heavy-fermion superconductor CePt_3Si (2011)
  • Author(s): K.Kaneko, et al
  • Organizer: 1^<st> Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering (1st AOCNS)
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-21
• [Presentation] Effect of magnetic field in heavy-fermion compound YbCo_2Zn_<20> (2011)
  • Author(s): K.Kaneko, et al
  • Organizer: Strongly Correlated Electron Systems 2011 (SCES2011)
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] 中性子散乱による配列ナノ空間物質の構造解析 (2011)
  • Author(s): 金子耕士
  • Organizer: 特定領域「ユビキタス元素戦略」第4回若手研究会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2011-07-15