2021 Fiscal Year Annual Research Report
強誘電性の抑制による新規フォノン物性の開拓と格子ダイナミクスの解明
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20H01844
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
石井 悠衣 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50708013)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フォノン / 構造相転移 / 構造量子臨界点 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、特異な格子ダイナミクスが期待できるBa1-xSrxAl2O4を研究の柱として、(a) 強誘電性の抑制が、Ba1-xSrxAl2O4の熱伝導率・弾性定数といったマクロ物性に及ぼす影響を解明し、また(b) X線非弾性散乱、中性子非弾性散乱、およびPDF解析を用いてその格子ダイナミクスを解明することを目的としている。さらに、(c) その他の強誘電体にも対象を広げ、構造量子臨界性の本質を見出すことを目的としている。これまでの研究成果の概要として、Ba1-xSrxAl2O4においては少量のSr置換によって強誘電的長距離秩序が抑制され、x = 0.07で強誘電相が消失するが、x ≧ 0.07では低温比熱が増大し、熱伝導率は非晶質固体に特徴的なプラトーを示すことを明らかにしている。これらの熱物性の起源を明らかにするため、Ba1-xSrxAl2O4粉末(x = 0, 0.03, 0.07, 0.2, 0.3)に対して中性子非弾性散乱を行ったところ、臨界組成付近のx=0.07では、~4 meV以下の低エネルギー励起が増加していることが明らかになった。|Q| = 2~4 Å-1の範囲で積算したプロファイルからは、フォノン分散由来のピーク構造がxの増加に伴って潰れ、x≧0.07ではボゾンピークに類似したブロードな励起スペクトルに変化していることがわかった。ボゾンピークは、非晶質固体で一般的に見られる振動状態のスペクトルである。すなわち強誘電相の外側では、ソフトモードの凝縮の抑制によってガラスに類似した短距離相関が生じ、過剰比熱などの熱物性を引き起こしている可能性が高い。こうした知見を踏まえ、現在、音響モードのソフト化が関与する構造量子臨界物質(Sr1-xCax)3Rh4Sn13などにも研究対象を広げ、構造量子臨界点近傍での普遍的な物性の解明に取り組んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度は音響モードのソフト化が関与する構造量子臨界物質(Sr1-xCax)3Rh4Sn13にも注目し、構造量子臨界点近傍で見られる過剰比熱と強結合超伝導の関連について明らかにした。本物質では、構造量子臨界点近傍の組成でTcが上昇するとともに、超伝導ギャップの増大が見られることが報告されていた。そこで本研究では、(Sr1-xCax)3Rh4Sn13の常伝導状態での電気抵抗率と格子比熱を詳しく調べ、構造量子臨界点付近では低エネルギーフォノンが増加しており、その組成依存性が超伝導ギャップの組成依存性と完全に一致していることを明らかにした。すなわち、低エネルギー領域で増加したフォノン状態密度が電子-格子相互作用定数を増加させ、構造量子臨界点付近の組成で強結合超伝導を引き起こしていると考えられる。また、Ba1-xSrxAl2O4に対するPDF解析から得られた成果を含めて、現在論文投稿中である。研究項目(a),(b),(c)を順調に達成しつつあることから、研究課題がおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、以下の研究項目を実施する。
(1)弾性定数の測定：様々なSr組成を持つBa1-xSrxAl2O4に対し弾性定数の測定を行い、構造量子臨界点近傍での音響モードの異常を捉える。また、Ba1-xSrxAl2O4以外の構造量子臨界物質候補に対しても弾性定数を測定し、ソフトモードの異常の観測を試みる。
(2) 2021年度までの成果として、ソフトモードの抑制によって現れる構造量子臨界点近傍での低エネルギーフォノンの増加は、強誘電体に限らない現象として普遍的に見られることが示唆された。一方で、ソフト化するモードが音響モードか光学モードか、ということが、構造量子臨界点近傍の物性に大きく影響している可能性も考えられる。そこで、光学モードのソフト化が関与する構造量子臨界点を持つ典型物質としてSr1-xCaxTiO3に注目し、ソフトモードの種類の違いが構造量子臨界点近傍の物性の違いにどのように影響しているのかを明らかにする。
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[Journal Article] Structural phase transition in cobalt oxyfluoride Co3Sb4O6F6 observed by high-resolution synchrotron and neutron diffraction2021
Author(s)
S. Shimono, H. Ishibashi, Y. Nagayoshi, H. Ikeno, S. Kawaguchi, M. Hagihala, S. Torii, T. Kamiyama, K. Ichihashi, S. Nishihara, K. Inoue, Y. Ishii, Y. Kubota
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Journal Title
Journal of Physics and Chemistry of Solids
Volume: 163
Pages: 110568
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Spin reorientation in layered perovskite oxyfluoride Pb3Fe2O5F22021
Author(s)
K. Oka, Y. Nambu, M. Ochi, N. Hayashi, Y. Kusano, T. Aoyama, Y. Ishii, K. Kuroki, S. Mori, M. Takano, N. Noma, M. Iwasaki and H. Kageyama
Organizer
International Conference on Mixed-Anion Compounds
Int'l Joint Research / Invited
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