ミュオンを用いたリラクサー強誘電体における局所電荷ダイナミクス計測法の開発

本年度は合成法を見直し，不純物量を低減した磁気リラクサー強誘電体xBiFeO3-(1-x)BaTiO3（x = 0.5, 0.66, 1.0）について，反強磁性転移温度近傍の磁気揺らぎの観測を行った．いずれの組成も磁気転移は高温領域（500~650 K）にあるため，J-PARC物質生命科学実験施設（MLF）のミュオンS1エリアにおいて，赤外加熱装置を使用した高温μSR実験を行った．磁気転移温度近傍の測定を行った理由は，昨年度に行われた室温以下のμSR実験において，ミュオンの縦緩和率に含まれるスピンと電荷揺らぎによる寄与を見分けることが困難であったためである．高温μSR実験の結果を解析したところ，極性ナノ領域形成による電荷揺らぎが存在しない（リラクサー的性質を示さない）BiFeO3においても，スピン揺らぎとは別の揺らぎが共存していることが判明した．より詳細な実験と解析を行ったところにより，この揺らぎは高温測定で使用したグラファイト製の試料ホルダによるバックグラウンド信号に加えて，高温であることによって生じた，ミュオンの拡散運動が重複していることが判明した．そこで本年度は，上記ダイナミクスが問題にならないと予想されるBiFeO3の磁気相転移の高温側（常磁性―強誘電相）に集中して臨界現象の解析を行った．BiFeO3の臨界指数γは1.24程度であり，鉄のスピンは3次元イジング的な普遍性クラスに分類されることから，この温度領域におけるミュオンの緩和現象は，スピン揺らぎのみで説明することができることが判明した．これにより，電荷揺らぎが共存すると予想されるリラクサー組成（x=0.5, 0.66）の解析への足がかりをつかむことができた．

本年度は合成法を見直し，不純物量を低減した磁気リラクサー強誘電体xBiFeO3-(1-x)BaTiO3（x = 0.5, 0.66, 1.0）について，反強磁性転移温度近傍の磁気揺らぎの観測を行った．いずれの組成も磁気転移は高温領域（500~650 K）にあるため，J-PARC物質生命科学実験施設（MLF）のミュオンS1エリアにおいて，赤外加熱装置を使用した高温μSR実験を行った．磁気転移温度近傍の測定を行った理由は，昨年度に行われた室温以下のμSR実験において，ミュオンの縦緩和率に含まれるスピンと電荷揺らぎによる寄与を見分けることが困難であったためである．高温μSR実験の結果を解析したところ，極性ナノ領域形成による電荷揺らぎが存在しない（リラクサー的性質を示さない）BiFeO3においても，スピン揺らぎとは別の揺らぎが共存していることが判明した．より詳細な実験と解析を行ったところにより，この揺らぎは高温測定で使用したグラファイト製の試料ホルダによるバックグラウンド信号に加えて，高温であることによって生じた，ミュオンの拡散運動が重複していることが判明した．そこで本年度は，上記ダイナミクスが問題にならないと予想されるBiFeO3の磁気相転移の高温側（常磁性―強誘電相）に集中して臨界現象の解析を行った．BiFeO3の臨界指数γは1.24程度であり，鉄のスピンは3次元イジング的な普遍性クラスに分類されることから，この温度領域におけるミュオンの緩和現象は，スピン揺らぎのみで説明することができることが判明した．これにより，電荷揺らぎが共存すると予想されるリラクサー組成（x=0.5, 0.66）の解析への足がかりをつかむことができた．