| 研究課題/領域番号 |
15J04682
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
廣戸 孝信 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| キーワード | 準結晶 / 近似結晶 / 複雑構造固体 / 中性子散乱 / 結晶場 / 磁性 / ヒュームロザリー則 |
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| 研究実績の概要 |
複雑構造合金中に頻繁にみられる正20面体対称原子クラスターは、通常の結晶における並進対称性とは相いれない構造であることから、準結晶や近似結晶に代表される物質群には、クラスターの持つ正20面体対称性に起因する特異な物性が現れることが期待される。
本年度は、本申請者がこれまで研究対象としていた、Tsai型正20面体クラスターを有するAuSiTb近似結晶について、これらの磁性における結晶場の役割を明らかとするため、中性子非弾性散乱実験を行った。中性子非弾性散乱実験の結果、結晶場励起に起因すると考えられる単一でブロードな非弾性スペクトルを4meV近傍に観測した。この非弾性散乱シグナルは、温度上昇に伴い強度が上昇し、かつ、ピーク位置は低エネルギー側にシフトする振る舞いを示すことがわかった。この非弾性散乱シグナルの温度依存性およびエネルギー依存性は、B20項及びB65項を仮定した結晶場ハミルトニアンでほとんど説明できることがわかった。特に、B65項は、通常の結晶の有する点群対称性の下ではその対称性の制約から消失してしまう項であり、逆に言えば、この項の検出は、近似結晶の有する非結晶学的な対称性の存在により説明できる。したがって、クラスター構造に起因する物性の検出に初めて成功したといえる。
また、本年度は、よく知られたAl-遷移金属準結晶にヒュームロザリー則を適用し、Ga-遷移金属合金における準結晶の探索を試みた。具体的な合金系としては、GaCuRu系合金に対して、ほとんど手付かずだった状態図の検討を行った。準結晶の発見には至らなかったものの、ほぼ全組成域に置ける等温断面状態図を作成した。また、構造に関しては今後の検討課題であるが、未知の3元合金の存在を明らかとした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究の最大の目的である、正20面体対称原子クラスターに起因する新奇物性の発現という観点に関して、研究実績の概要について述べた通り、当初の計画以上に進展していると考えている。とりわけ、近似結晶におけるB65項の存在を明らかにしたことは、関連領域のみならず、物性物理学における新たな可能性、すなわち、非結晶学的な点群対称性の下での新奇物性の発現を期待させる。また、新規準結晶の探索には至らなかったものの、GaCuRu系合金における等温断面状態図をほぼ完成させ、その結果として、本合金系唯一の3元合金化合物を見出した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策としては、AuSiTb近似結晶で観測されたB65項に対するさらなる検討として、B65項が原理的にあわれない、Pr3+イオンを含む近似結晶、すなわち、AuSiPr近似結晶に対する中性子非弾性散乱実験と結晶場解析を行い、B65項の妥当性について検証する必要がある。
また、昨年度までで近似結晶の結晶場についての一定の知見が得られていることから、それらの知見を踏まえて、正20面体準準結晶における結晶場の観測をまず試みる。次いで、準結晶において結晶場励起が観測されたならば、近似結晶と同様に妥当な結晶場ハミルトニアンを導入し、準結晶における結晶場に関して考察する予定である。
なお、研究目的のために中性子非弾性散乱実験が必須であるが、年度内のマシンタイムの申請はすでに通っており、実験に向けた試料作製・評価、基礎物性測定が現状の研究段階である。
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