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2013 年度 実績報告書

低密度アルカリ金属液体におけるプラズマ振動の観測:電子ガス不安定性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 13J01040
研究機関京都大学

研究代表者

木村 耕治  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

キーワードプラズモン / 分散関係 / 液体 / アルカリ金属 / ルビジウム / 非弾性X線散乱 / 放射光 / 電子ガス
研究概要

当研究員は、融解に伴うルビジウムの構造変化がプラズモンの励起エネルギーにどのように影響するのかを、電子状態密度、誘電関数から考察し、実験で見られた固体、液体ルビジウムにおける分散関係の違いを考察した。さらに、固体と液体の間に見られたプラズモン線幅の差異も、構造変化に着目して説明した。これらの融解に伴う変化は、液体ルビジウムの価電子の方が固体ルビジウムよりも電子ガスモデルでよく記述されることを示唆していた。この傾向は、液体状態を利用することは、電子ガスの性質を議論する上で有効であることを示し、今後の低密度領域での実験に対して有意義であると言える。この結果は、Physical Review B誌にて公表した。
融解に伴う線幅の変化を考察する過程で、当研究員は、液体金属のプラズモン線幅を長波長極限において評価する式を導出した。結晶状態におけるプラズモン線幅は、逆格子ベクトルを用いて計算されるのに対し、今回導出した式では液体の構造因子を用いるため、両状態での線幅の計算結果を比較することで、構造変化の影響を議論できる。導出した式により、実験で得られた融解に伴う線幅の変化は定量的に再現された。この結果は、Journal of Physical Society of Japanにおいて公表した。
当研究員は、液体セシウムに対してもIXS測定を実施し、プラズモン分散を求めた。セシウムのプラズモン分散は、液体状態では、今回得られたものが初めてであり、固体セシウムで観測されている負のプラズモン分散の問題に対し、極めて貴重な情報を与えると考えられる。この結果は、国内の学会(日本物理学会)において発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画では、ルビジウムの高温状態での実験を行った後、セシウムの実験を行う予定であった。しかし、高温のアルカリ金属を安定に保持するための試料容器の開発には十分な時間をかける必要があると判断し、先にセシウムの融点前後の実験に着手した。そのため、当初の計画とは順序が異なっているが、順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後の研究に向けて、高温のアルカリ金属に対し耐食性のあるモリブデン試料容器の開発を進める。現在、試料の厚み、試料を導入する機構、部品同士の溶接の工程などを考慮し、容器の設計を行っている。既に、共同で作業を行う業者とも連絡をとっており、今後の高温領域における実験に向けて、着実に準備が進展している。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Inelastic x-ray scattering study of plasmon dispersions in solid and liquid Rb2014

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, K Matsuda, N. Hiraoka, T. Fukumaru, Y. Kajihara, M. Inui, M. Yao
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 89 ページ: 014206-1-014206-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasmon Line Width in Liquid Metals2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, K. Matsuda. M. Yao
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan

      巻: 82 ページ: 115001-1-115001-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron momentum density in liquid silicon2013

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda, T. Nagao, Y. Kaji hara, M. Inui, K. Tamura, J. N akamura, K. Kimura, M. Yao, M. Itou, Y. Sakurai, N. Hiraoka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 88 ページ: 115125-1-115125-7

    • 査読あり
  • [学会発表] 液体Csにおけるプラズモン分散 : 非弾性X線散乱による研究2014

    • 著者名/発表者名
      木村耕治、宮武至、松田和博、平岡望、梶原行夫、石黒陽太郎、乾雅祝、八尾誠
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2014-03-27
  • [学会発表] 液体Rbにおけるプラズモン線幅 : 非弾性X線散乱による研究2014

    • 著者名/発表者名
      木村耕治、松田和博、平岡望、乾雅祝、梶原行夫、八尾誠
    • 学会等名
      第27回放射光学会年会
    • 発表場所
      広島国際会議場
    • 年月日
      2014-01-13
  • [学会発表] アルカリ金属液体におけるプラズモン線幅2013

    • 著者名/発表者名
      木村耕治、松田和博、平岡望、梶原行夫、乾雅祝、八尾誠
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      2013-09-27
  • [学会発表] アルカリ金属液体における電子状態の研究―非弾性X線散乱によるプラズモン測定―2013

    • 著者名/発表者名
      木村耕治
    • 学会等名
      不規則系物質先端科学研究会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2013-09-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Plasmon Line Width in Liquid Alkali Metal Studied by Inela stic X-ray Scattering2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, K. Matsuda, N. Hiraoka, T. Fukumaru, M. Inui, Y. Kajihara, M. Yao
    • 学会等名
      8^<th> International Conference on Inelastic X -ray Scattering
    • 発表場所
      Menlo Park, United States
    • 年月日
      2013-08-12
  • [学会発表] Plasmon damping in liquid Rb : An inelastic x-ray scattering study2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, K. Matsuda, N. Hiraoka, Y. Kajihara, M. Inui, M. Yao
    • 学会等名
      XV Liquid and Amorphous Metals Confere nce
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2013-07-19

URL: 

公開日: 2015-07-15  

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