不安定化金属における電子ゆらぎ

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01142
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 松田 和博 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (50362447)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 液体金属 / 非弾性散乱 / 電子状態

研究実績の概要

本研究は、金属流体における新たな価電子状態、すなわち価電子集団の不安定化挙動に伴う空間ゆらぎの出現の検証を行い、電子ゆらぎの空間・時間スケールの実験的な決定を通じて、その価電子状態の解明を行うことを目的とする。流体内分子形成挙動の強い低密度化した金属流体や、融点近傍においても共有結合性を内包する非単純金属液体を対象とし、価電子不均質化挙動の強い金属状態に着目し、放射光利用の非弾性X線散乱測定を通じて、その電子密度応答の精密観測を行うものである。今年度は、これまで取得したアルカリ金属のリチウムの固体・液体状態における非弾性散乱スペクトルから、価電子の静的密度応答関数を構築するという新たな試みを継続し、その成果は学術誌に掲載された。広範囲にわたる散乱波数とエネルギー損失を測定することにより、クラマース・クローニッヒ変換から、電子密度応答関数を導出することに成功した。電子ガスの静的応答関数の理論計算は膨大であるが、電子ガス的な金属を対象に、実験的に静的密度応答関数が導出されたのは初めてである。さらに、アルカリ金属の中でも、自由電子的なナトリウムを対象とした超高分解能非弾性散乱（コンプトン散乱）を実施し、電子運動量密度を高精度に測定した。電子間の相互作用を測る重要なパラメータの一つである繰り込み因子を評価した。一方で、本研究で導入したCdTe検出器を利用した散乱実験の高S/N化と安定的な測定も達成できた。流体金属の臨界点までの測定には至らなかったが、参照試料であるカリウムとアルミニウムを対象として、非弾性散乱測定を実施し、精度の高い測定スペクトルを得ることに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] NSRRC, Taiwan(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: NSRRC, Taiwan
• [国際共同研究] University of Illinois(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Illinois
• [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: University of Helsinki
• [国際共同研究] Univ. Grenoble Alpes, CNRS, LPMMC(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Univ. Grenoble Alpes, CNRS, LPMMC
• [雑誌論文] Static density response function studied by inelastic x-ray scattering: Friedel oscillations in solid and liquid Li (2020)
  • 著者名/発表者名: Hagiya Toru、Matsuda Kazuhiro、Hiraoka Nozomu、Kajihara Yukio、Kimura Koji、Inui Masanori
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 054208-1-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.054208
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] X‐Ray Compton Scattering Study of Liquid Sodium at Elevated Temperatures (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Kazuhiro、Kimura Koji、Hagiya Toru、Kajihara Yukio、Inui Masanori、Hiraoka Nozomu、Tamura Kozaburo、Sakurai Yoshiharu
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 257 ページ: 2000187～2000187
  • DOI: 10.1002/pssb.202000187
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental observation of density fluctuations in liquid metals associated with liquid-liquid, liquid-gas and metal-nonmetal transitions (2020)
  • 著者名/発表者名: Kajihara Y、Inui M、Ohara K、Matsuda K
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 32 ページ: 274001～274001
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab7d66
  • 査読あり
• [雑誌論文] Peculiar temperature dependence of dynamical sound speed in liquid Se50Te50 by inelastic x-ray scattering (2020)
  • 著者名/発表者名: Inui M、Kajihara Y、Tsuchiya Y、Hosokawa S、Matsuda K、Uchiyama H、Tsutsui S、Baron A Q R
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 32 ページ: 214003～214003
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ab6d8e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Furnace for Inelastic X‐Ray Scattering from Liquids up to 1600 °C (2020)
  • 著者名/発表者名: Baron Alfred Q. R.、Inui Masanori、Ishikawa Daisuke、Matsuda Kazuhiro、Kajihara Yukio、Nakajima Yoichi、Taguchi Kazuhiko、Hattori Yasunori
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 257 ページ: 2000093～2000093
  • DOI: 10.1002/pssb.202000093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmons in Liquid Metals Studied by Inelastic X-ray Scattering (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura Koji、Hagiya Toru、Matsuda Kazuhiro、Hiraoka Nozomu
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Physikalische Chemie 巻: 235 ページ: 81～98
  • DOI: 10.1515/zpch-2020-1619
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structure and Electronic State in a Fluid Alkali Metal: Synchrotron Radiation Studies (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Kazuhiro、Tamura Kozaburo
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Physikalische Chemie 巻: 235 ページ: 25～36
  • DOI: 10.1515/zpch-2020-1615
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of the momentum distribution and renormalization factor in lithium (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiraoka N.、Yang Y.、Hagiya T.、Niozu A.、Matsuda K.、Huotari S.、Holzmann M.、Ceperley D. M.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 165124-1 -5
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.165124
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum Monte Carlo Compton profiles of solid and liquid lithium (2020)
  • 著者名/発表者名: Yang Yubo、Hiraoka Nozomu、Matsuda Kazuhiro、Holzmann Markus、Ceperley David M.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 165125-1 -8
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.165125
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sound Speed in Glassy AsxSe1-x(x=0.4, 0.5, and 0.6) by Inelastic X‐Ray Scattering (2020)
  • 著者名/発表者名: Inui Masanori、Matsuda Kazuhiro、Hosokawa Shinya、Nakajima Yoichi、Tsutsui Satoshi、Ishikawa Daisuke、Baron Alfred Q. R.
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 257 ページ: 2000134～2000134
  • DOI: 10.1002/pssb.202000134
  • 査読あり
• [学会発表] 液体ナトリウムのX線コンプトン散乱 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田和博, 木村耕治, 萩谷透, 梶原行夫, 乾雅祝, 平岡望, 田村剛三郎, 櫻井吉晴
  • 学会等名: 日本高圧力学会 第61回高圧討論会
• [学会発表] 低密度化金属流体の物性研究：構造と電子ダイナミクス (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田和博
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 招待講演