X線スペックル散乱による相転移ダイナクスの空間的・時間的相関の解明

• 研究課題/領域番号: 16684008
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中尾 裕則 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70321536)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 27,430千円 (直接経費: 21,100千円、間接経費: 6,330千円); 2006年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2005年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2004年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
• キーワード: 共鳴X線散乱 / 放射光 / コヒーレント散乱 / スペックル / 相転移 / 電荷秩序 / 共鳴X線散乱法 / 価数揺動

研究概要

これまで、放射光X線の持つ特性を利用した共鳴X線散乱手法により、d電子・f電子系での物性の鍵を握っている電荷・軌道状態を明らかにしてきた。本研究課題では、このRXS手法を発展させ、SPring-8で利用できるようになってきたコヒーレントなX線と組み合わせた‘共鳴・非共鳴'スペックル散乱手法を確立することを目標とした。しかしながら、2年間の研究により相転移に関係する微弱な散漫散乱測定には、コヒーレント光の強度が不足していることが判明した。そこで本年度は、SPring-8のビームライン(BL-22XU)にミラー集光システムを導入し、最終的に200nm以下にコヒーレント光を集光することに成功した。その結果、微弱なスペックル散乱の観測が可能となり、以下の実験を行った。(1)誘電体リラクサー中のドメイン構造の温度依存性をコヒーレント散乱から求まる空間相関から調べることに成功した。一方、リラクサー中のドメインの揺らぎ(時間相関)を捉えるには至らなかった。(2)Yb4As3系における価数搖動相での価数搖動を反映している散漫散乱強度が、表面の処理に依存して桁違いに変化すること、低温の電荷秩序相の状態は処理による違いがないこと、を明らかにした。これはSrTiO3においてBulkと表面からの寄与である2種類の短距離秩序状態が観測されていることと対応し、表面処理に依存して表面の成分である電荷の短距離秩序状態が変化しているものと考えられる。このことは、Yb4As3系における電荷秩序相転移メカニズムを理解する上で重要な情報といえる。(3)RVO3において外場である圧力により軌道状態の応答を研究したところ、軌道の基底状態が加圧に伴い変化する様子を捉えるとともに、RイオンとVイオンの共有結合性がこの軌道状態に大きく影響していることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Resonant X-ray magnetic diffraction experiments on SmB2C2 (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Inami, T.Honma, S.Tsutsui, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 310 ページ: 748-750
• [雑誌論文] Pressure effects on the orbital ordered state of RVO3 (R=Y, Tb) (2007)
  • 著者名/発表者名: D.Bizen, K.Nakatsuka, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 310 ページ: 785-786
• [雑誌論文] Orbital ordering and the dilute effect in copper fluoride (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Tatami, Y.Ando, S.Niioka, H.Nakao et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 310 ページ: 787-789
• [雑誌論文] Magnetic properties of LaMnO3+d nanocrystals in MCM-41 mesoporous silica (2007)
  • 著者名/発表者名: H.kira, H.Tamura, Y.Ando, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 310 ページ: 2480-2482
• [雑誌論文] Metal-insulator transition in Y1-xCaxTi03 studied by X-ray scattering (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Nakao, S.Kodama, K.Kiyoto, et al.
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 310 ページ: 895-897
• [雑誌論文] DISCOVERY OF THE "DEVIL'S FLOWER" IN A CHARGE-ORDERING SYSTEM - SYNCHROTRON X-RAY DIFFRACTION STUDY OF NaV205 (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ohwada, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: Modern Physics Letters B 20 ページ: 748-750
• [雑誌論文] Novel Orbital Ordering Induced by Anisotropic Stress in a Manganite Thin Film (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Wakabayashi, D.Bizen, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 96
• [雑誌論文] Interplay between orbital ordering and magnetism in the Mott insulator Ti oxides (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Kubota, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: Physica B 378-380 ページ: 527-528
• [雑誌論文] Field-induced antiferroquadrupolar order in TbB2C2 observed by resonant X-ray scattering (2006)
  • 著者名/発表者名: D.Okuyama, T.Matsumura, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: Physica B 378-380 ページ: 488-489
• [雑誌論文] Quadrupole Order and Structural Phase Transition in DyB4 with Geometrical Frustration (2006)
  • 著者名/発表者名: D.Okuyama, T.Matsumura, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 75
• [雑誌論文] Energy spectrometer on a diffractometer using a charge-coupled device X-ray detector (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Abe, H.Saitoh, H.Nakao, et al.
  • 雑誌名: J. Appl. Cryst. 39 ページ: 767-770
• [雑誌論文] Charge Ordered State in Yb4As3 Sthdied by a Resonant X-ray Scattering Technique (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Nakao, K.Kiyoto, et al.
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 850 ページ: 1175-1176
• [雑誌論文] Resonant X-ray Scattering Study at Y K-edge in Y1-xCaxTi03 (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Nakao, S.Kodama, et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 75
• [雑誌論文] Coupling between Orbital and Lattice Degrees of Freedom in Y1-xCaxTiO3 (0<x<=0.75): A Resonant X-ray Scattering Study (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Tsubota, H.Nakao, Y.Murakami, et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 74 ページ: 3259-3266
  • NAID: 210000105784
• [雑誌論文] Charge-Order Pattern of the Low-Temperature Phase from a Monoclinic Single Domain of NaV2O5 Uniquely Determined by Resonant X-ray Scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Ohwada, Y.Fujii, Y.Katsuki, H.Nakao, Y.Murakami, et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett 94
• [雑誌論文] Quadrupolar Frustration in Shastry-Sutherland Lattice of DyB4 Studied by Resonant X-ray Scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Okuyama, T.Matsumura, H.Nakao, Y.Murakami
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn 74 ページ: 2434-2437
  • NAID: 130004539403
• [雑誌論文] d-f Coulomb and quadrupole-strain interactions in DyB2C2 observed by resonant x-ray scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Matsumura, D.Okuyama, H.Nakao, Y.Murakami et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 71
• [雑誌論文] Periodic Arrangement of Quadrupolar Moments Induced by the Antiferromagnetic Order in TbB2C2: Observation by Resonant X-ray Scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Okuyama, T.Matsumura, H.Nakao, Y.Murakami, et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn 74 ページ: 1566-1571
  • NAID: 110001979573
• [雑誌論文] Multipole Tensor Analysis of the Resonant X-ray Scattering by Quadrupolar and Magnetic Order in DyB2C2 (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Matsumura, D.Okuyama, H.Nakao, Y.Murakami et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn 74 ページ: 1500-1507
  • NAID: 110001979563
• [雑誌論文] Observation of ordered orbital of YTiO3 by the X-ray magnetic diffraction experiments (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Ito, N.Tuji, F.Itoh, K.Namikawa, H.Nakao, Y.Murakami et al.
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.Solids 65 ページ: 1993-1997
• [雑誌論文] Orbital ordering near a Mott transition : Resonant x-ray scattering study of the perovskite Ti oxides RTiO3 and LaTiO3.02 (R=Gd, Sm, Nd, and La) (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Matsumura, D.Okuyama, K.Hirota, H.Nakao, Y.Murakami et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 70 ページ: 245125-245125
• [雑誌論文] Orbitally Ordered State in Y1-xCaxtO3 (0<x<0.5) (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Nakao, M.Tsubota, F.Iga, K.Uchihira, Y.Murkami
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn 73 ページ: 2620-2623