共鳴エコー法を用いた超イオン導電体におけるイオン機能の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15540315
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 中村 浩一 徳島大学, 工学部, 講師 (20284317)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金城 辰夫 徳島大学, 工学部, 教授 (50035606) ; 道廣 嘉隆 徳島大学, 工学部, 助教授 (00174061) ; 森賀 俊広 徳島大学, 工学部, 助教授 (90239640)
• Keywords: フォノンエコー / LiNbO_3 / Li^+イオン拡散

Research Abstract

Li化合物におけるイオン拡散機構を明らかにするために,LiNbO_3におけるLi^+イオンの拡散挙動が,フォノンエコー法により調べられた。46〜53μmの粒径に整えられたニオブ酸リチウムの多結晶粉末試料を励起・検出用コンデンサに詰め,40MHzの高周波パルスを加えフォノンエコーを観測し,緩和時間T_2の測定を行った。
フォノンエコーにおける緩和時間T_2の変化は粒子内部の内部摩擦の変化を意味しているため,緩和時間の温度依存性を調べた。測定温度域は室温から800Kである。400K付近から緩和時間は緩やかに減少し,800Kまで緩やかに減少した。Si0_2のように内部摩擦が温度変化しない場合,緩和時間も温度依存しない。したがって,今回測定した緩和時間が温度変化することから,LiNbO_3の粒子内部で内部摩擦が変化していることが考えられる。本試料ではNMR測定やイオン伝導度測定から高温でLi^+イオンの運動の存在が示唆されている。Li^+イオン拡散が緩和時間に寄与する場合,デバイ型緩和を仮定すると,Li^+イオンのホッピングにともなう活性化エネルギーEと緩和率はT^<-1>_2=Aexp(E/kT)で関係付けられる。今回の測定で得られた緩和時間から見積られる活性化エネルギーは約0.08eVと小さいものである。これは結晶質試料においてNMRやイオン伝導度から報告されている値〜1eVと比べて非常に小さく,直接Li^+イオンの拡散運動を表しているとは考えにくい。
NMRによる緩和時間T_1および線幅の温度依存性の測定から,デバイ緩和のピークが900〜1000K程度にあることが予想されることから,今回観測された緩和時間T_2の減少はLi^+イオン拡散運動にともなう緩和時間の変化へ向かう前駆現象と考えられる。