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2017 年度 実施状況報告書

酸素四面体ネットワークがもたらす新規量子誘電相

研究課題

研究課題/領域番号 17K14323
研究機関大阪府立大学

研究代表者

石井 悠衣  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50708013)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード量子常誘電体 / ソフトモード / 構造相転移
研究実績の概要

本研究では最近、AlO4四面体を基本とする間接型強誘電体Ba1-xSrxAl2O4において、AlO4骨格構造が絶対零度付近まで低エネルギー格子振動を続ける特殊な揺らぎ状態を見出した。さらに、高Sr濃度の領域においては低温でこの揺らぎの大きさが増大し、新規量子臨界性が発現する可能性をこれまで示してきた。本年度は、本系におけるこの特異的なフォノンの性質を探るため、Ba1-xSrxAl2O4単結晶を育成し、放射光を用いて単結晶X線熱散漫散乱の観測を行った。
x=0~0.4までの、Sr濃度の異なる単結晶の育成を行い、それぞれに対しX線熱散漫散乱の温度依存性を観測したところ、常誘電-強誘電相境界付近の組成x=0.07では、第一原理計算から予想されていたM, K, Δの構造不安定性が全て発現し、これら3つに起因する超格子反射が全て観測されることを見出した。これまで実験的に観測されていたのはM, K点での構造不安定性のみであり、また通常いずれか1つの不安定性が選ばれて構造相転移に至る。つまり、超格子反射を生じる。従って、本結果は予想外のものであったが、この物質の常誘電-強誘電相境界が、通常の強誘電体とは異なる性質を持つことを改めて示唆している。
一方で、xが増加すると、これらの超格子反射は消え、M, K点での散漫散乱のみが観測された。このM, K点の散漫散乱は、温度の低下に伴って通常の相転移のように一時は強度が増大しソフト化傾向を示すが、構造相転移を起こすことなく強度を弱め、200 K以下ではほとんど温度依存せず残存することが新たに分かった。この結果はまさに、本系の構造不安定性が低温まで解消されることなく残ることを意味する。今後、この揺らぎが動的なものか、あるいは静的なものなのかを明らかにしていく必要がある。

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

当初の研究計画に記載したとおり、本年度はフォノンの揺らぎ状態について、放射光X線熱散漫散乱測定を実施した。その結果、概要に記載した結果が得られ、構造不安定性が確かに低温まで続くことを見出した。

今後の研究の推進方策

今後は、フォノンが関連する様々な物性を慎重に調べ、新規量子臨界現象の探索を行う。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Structural investigation of the SrAl2O4-BaAl2O4 solid solution system with unstable domain walls2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishii, H. Tsukasaki, S. Kawaguchi, Y. Ouchi, and S. Mori
    • 雑誌名

      Journal of Solid State Chemistry

      巻: 249 ページ: 149-153

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2017.03.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field-temperature phase diagram of magnetic bubbles spanning charge/orbital ordered and metallic phases in La1-xSrxMnO3 (x = 0.125)2017

    • 著者名/発表者名
      A. Kotani, H. Nakajima, Y. Ishii, K. Harada and S. Mori
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 ページ: 144403/1-7

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.144403

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct observation of charged domain walls in hybrid improper ferroelectric (Ca,Sr)3Ti2O72017

    • 著者名/発表者名
      K. Kurushima, W. Yoshimoto, Y. Ishii, S-W. Cheong, and S. Mori
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 56 ページ: 10PB02/1-4

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 充填トリジマイト型酸化物Ba1-xSrxAl2O4のX線熱散漫散乱測定2018

    • 著者名/発表者名
      石井 悠衣, 大内 雄也, 岡崎 湧一, 河口 彰吾, 石橋 広記, 久保田 佳基, 森 茂生
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
  • [学会発表] Magnetic textures in the ferromagnetic insulating phase of La0.875Sr0.125MnO32018

    • 著者名/発表者名
      A. Kotani, H. Nakajima, K. Harada,Y. Ishii, S. Mori
    • 学会等名
      The 42nd International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites
    • 国際学会
  • [学会発表] 充填トリジマイト型酸化物Ba1-xSrxAl2O4の特異な構造揺らぎ2017

    • 著者名/発表者名
      石井 悠衣, 大内 雄也, 岡崎 湧一, 河口 彰吾, 塚崎 裕文, 谷口 泰樹, 森 茂生
    • 学会等名
      日本セラミック協会
  • [学会発表] Structural Fluctuation in the Stuffed Tridymite-type Oxides Ba1-xSrxAl2O42017

    • 著者名/発表者名
      Yui Ishii
    • 学会等名
      6th Toyota RIKEN International Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] 特異な構造揺らぎをもつ充填トリジマイト型酸化物Ba1-xSrxAl2O4のTEM観察2017

    • 著者名/発表者名
      大内 雄也, 石井 悠衣, 塚崎 裕文, 河口 彰吾, 森 茂生
    • 学会等名
      日本結晶学会年会
  • [学会発表] BaSrFe4O8の低温相と高温相の構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      岡崎 湧一, 石井 悠衣, 河口 彰吾, 浅井 海成, 森 茂生
    • 学会等名
      日本結晶学会年会
  • [学会発表] On the microstructure in the charge-glass state of Pb1-xSrxCrO32017

    • 著者名/発表者名
      K. Kurushima, H. Tsukasaki, Y. Ishii, S. Mori, S. Ogata , M. Azuma
    • 学会等名
      The 14th International Meeting on Ferroelectricity
    • 国際学会
  • [学会発表] PbCrO3における電荷ガラス状態の構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      久留島康輔, 尾形昴洋, 東正樹, 石井悠衣, 森茂生
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] コバルト酸フッ化物Co3(Sb,Bi)4O6F6の合成と精密結晶構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      下野聖矢, 石橋広記, 石井悠衣, 河口彰吾, 森茂生, 久保田佳基
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会

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公開日: 2018-12-17  

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