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硫化鉄での圧力誘起絶縁体-金属転移における格子振動の研究

研究課題

研究課題/領域番号 15540319
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅰ
研究機関兵庫県立大学 (2004)
姫路工業大学 (2003)

研究代表者

小林 寿夫  兵庫県立大学, 大学院・物質理学研究科, 助教授 (40250675)

研究分担者 坂井 信彦  兵庫県立大学, 大学院・物質理学研究科, 教授 (60013497)
毛利 信男  埼玉大学, 理学部, 教授 (40000848)
研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2004年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2003年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
キーワード高圧力 / 格子振動 / 金属絶縁体転移 / 核共鳴散乱 / 電荷圧縮率
研究概要

硫化鉄(FeS)は、常圧力下で六方晶troilite構造をとる反強磁性半導体である。室温・圧力下では3.5,6.5GPaで構造相転移をともない半導体-金属-半導体へと電子状態が変化する。一般に、金属-絶縁体転移においては金属状態の電荷圧縮率が、その転移の性質を決める上で重要な役割を果たすことが理論的に指摘されている。そこでFeSの圧縮率とフォノン状態密度から見積もられる原子間結合力が直接関与する圧縮率を求めることでFeS金属状態の電荷圧縮率を求めることを試みた。我々は、放射光単色X線を用いた^<57>Fe核共鳴非弾性散乱(NIS)を測定し、FeSの高圧力下部分(Fe)フォノン状態密度を実験的に求めた。
Fe原子が関与するフォノン状態密度をNISスペクトルの非弾性成分より抽出した。さらに、バンド計算によりFeSフォノン状態密度、部分フォノン状態密度を求め実験と比較した。その結果、計算されたフォノン状態密度が実験結果をよく再現することが分かった。この計算されたフォノン状態密度を用い高圧力下X線回折測定から決定された圧縮曲線中での原子間結合力が直接関与する割合を見積もった。その結果、FeS金属状態では約40%の電荷圧縮率が含まれることが分かった。
鉄を含む硫化物CuFeS_2においても構造相転移をともなう圧力誘起半導体-金属転移が約6.5GPaで起こることが知られている。しかし、高圧相での構造モデルの決定には至っていない。そこで、高圧相の構造モデルを決定するために高圧力下X線回折、^<57>Fe NISの測定を行った。X線回折測定の結果、6.3GPa以上では鋭い回折ピークが観測されなかった。その結果CuFeS_2は金属化にともない非晶質状態へと転移することが分かった。NISスペクトルの非弾性成分より抽出したFe原子が関与するフォノン状態密度は、圧力誘起の非晶質化にともなう変化が僅かであることから、局所構造は低圧相の結晶構造に近いことが推測される。

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (11件) 文献書誌 (1件)

  • [雑誌論文] Structural and electrical properties of stoichiometric FeS compounds under high pressure at low temperature2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B 71

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Charge ordering in Eu_4As_3 under pressure2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi
    • 雑誌名

      J.Phys.: Condens.Matter. 17

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Phonon density of states on DyB_6 determined by ^<161>Dy nuclear resonant inelastic scattering2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi
    • 雑誌名

      Physica B 359-361

      ページ: 974-946

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structural and electrical properties of stoichiometric FeS compounds under high pressure at low temperature2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi et al.
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B 71

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Charge ordering in Eu_4As_3 under pressure2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.: Condens.Matter. 17

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Phonon density of states and compression behavior in iron sulfide under pressure2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. 93

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Magnetism and de Haas-van Alphen effect in NiSb2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi
    • 雑誌名

      J.Magn.Magn.Mater. 272-276

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Charge ordering in Eu_4As_3 under pressure2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi
    • 雑誌名

      J.Phys. : Condens.Matter. 17

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Phonon density of states and compression behavior in iron sulfide under pressure2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi et al.
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. 93

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetism and de Haas-van Alphen effect in NiSb2004

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi et al.
    • 雑誌名

      J.Magn.Magn.Mater. 272-276

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Phonon density of states on DyB_6 determined by ^<161>Dy nuclear resonant inelastic scattering

    • 著者名/発表者名
      H.Kobayashi et al.
    • 雑誌名

      Physica B (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kobayashi et al.: "Magnetism and deHaas-Van Alphen effect in NiSb"J.Mag.Mag.Mater. (印刷中).

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2020-05-15  

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