研究課題
電子ガスの密度が低下すると、電子半径パラメータrsが5.25を超える領域で圧縮率が負となり、電子ガスの不安定化が起きることが理論的に予測されている。本研究は、電子ガスモデルがよく成り立つアルカリ金属流体を用いて伝導電子の低密度化を実現し、コンプトン散乱測定により電子ガス不安定挙動を直接観測することを目的とする。平成19年度は、アルカリ金属流体コンプトン散乱測定のための高温高圧容器と耐アルカリ性モリブデン試料容器を製作し、これらをSPring-8に設置し調整を行った。平成20年度には本実験を開始、流体ルビジウムについて1000℃、100barまでの高温高圧下(rs<5.25)でコンプトン散乱スペクトルを得ることに成功した。この領域での伝導電子運動量密度分布は、予測のとおり自由電子的であり、密度の低下(rsの増大)と共にプロファイルの幅が狭くなりフェルミ運動量の減少することが確認された。同時に、本研究の目的とするさらに低密度の領域(rs>5.25)での実験を成功させるためには加熱用ヒーター等の装置改良が必要であることも明らかになり、課題として残った。今年度(最終年度)は、臨界点以上で安定した高温状態を保持するため新たに補助ヒーターを導入し、また、散乱X線の検出強度を上げるためにモリブデンセルの形状を変えた。これらの改良により、前年度の課題を克服することができ、流体ルビジウムについて融点近傍(60℃、5bar)から臨界点を超える1850℃、137barまでの高温高圧下、すなわち電子ガス不安定性が生じると考えられているrs>5.25の領域でのコンプトン散乱測定に初めて成功した。その結果、rs>5.25の低密度領域になるとフェルミ運動量p_Fの自由電子モデルからのずれが顕著になり、密度の減少に対してp_Fの値がほとんど変化しないという結果が得られた。このことは、電子ガス不安定化に伴いp_Fを不変にする何らかの不均質構造が電子系に出現した可能性を示唆する。さらなる検討を要するが、これまでの構造研究の結果と合わせ大変興味深い結果である。
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Phy.Rev.B 80
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