2022 Fiscal Year Research-status Report
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
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20K05312
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
岡部 博孝 東北大学, 金属材料研究所, 特任助教 (20406838)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平石 雅俊 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 研究員 (80712653)
西村 昇一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別助教 (20836431)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ミュオン / μSR / 磁気リラクサー / スピン揺らぎ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度に明らかになった問題点（測定温度領域，試料品質）については，赤外加熱装置を使用した高温実験および合成条件の見直しによって解決したが，新たな問題（グラファイトのバックグラウンド，高温によるミュオン拡散）が発覚した．これによってリラクサー組成の解析が複雑になり，現時点では非リラクサー組成BiFeO3の解析に留まっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
BiFeO3の解析結果から磁性による信号（スピン揺らぎによる緩和）とミュオンのダイナミクスによる信号を分離するモデルを構築する．また，グラファイトのバックグラウンド信号を適切に処理するため，必要に応じて再実験を行う．これらの情報をもとに，磁気リラクサーにおける電荷揺らぎの影響を評価する．
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| Causes of Carryover |
理由：依然として新型コロナウィルス（COVID-19）による影響が残っており，海外での実験および各種会議がオンライン主体になっている．
使用計画：局所電荷ダイナミクス計測法の高度化に必要とされる部材や高速・大容量データの蓄積および解析に必要なリソースの拡充に使用する．
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[Presentation] Development of Transient μSR at J-PARC2022
Author(s)
Shoichiro Nishimura, Hirotaka Okabe, Ryosuke Kadono, Jun Sugiyama, Masatoshi Hiraishi, Akihiro Koda
Organizer
The 15th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2020)
Int'l Joint Research
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