2017 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of the electronic states in low-density metals by inelastic X-ray scattering technique
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15K05209
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松田 和博 京都大学, 理学研究科, 准教授 (50362447)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 液体金属 / 非弾性散乱 / 電子状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、液体金属の電子状態を、主に価電子集団運動の観測を通じて明らかにすることを目的とする。具体的には、温度圧力といった熱力学条件を制御することにより、液体金属の状態を変化させながら、電子動的構造因子の観測を非弾性X線散乱測定により行う。さらに、そのための非弾性散乱手法の精密化を推進する。今年度は、これまで取得した液体ルビジウムの散乱スペクトルのさらなる解析と考察を行い、電子集団運動の素励起であるプラズモンの励起エネルギー・線幅、および分散関係の決定と、理論計算による詳細な検討を行った。電子ガスモデルにイオンの構造因子を取り込むことで、実験で観測された励起エネルギー・線幅の挙動を再現することができ、液体金属中の電子集団運動に関して定量的な理解を得ることができた。一方、アルカリ金属の中でも、最も電子ガスモデルが成り立つナトリウムを対象に、広範な散乱波数・エネルギー移行領域において測定を行うことに成功した。具体的には、散乱波数2.0 [1/nm]～158 [1/nm]、エネルギー移行0～350 [eV]の範囲に亘り、スペクトルを取得した。得られたスペクトルから、フーリエ解析により、実時間・実空間における電子応答関数を導出し、電子の密度揺動が散逸する空間スケール、および時間スケールを明らかにすることができた。さらに、液体状態と固体状態の散逸距離・時間に差異が観測されており、詳細な解析を進めている。実時間・実空間における応答関数に関する知見は、任意の外場に対する密度揺動を可視化することにも繋がる。非弾性X線散乱手法の有効的な適用により、液体金属における価電子状態に関して、波数－エネルギー空間では得られない新たな情報を抽出することができた。
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