ネットワークガラスの低エネルギー励起とその非線形相互作用

ネットワークガラスの光散乱スペクトルには、ボゾンピーク(あるいは、ボーズピーク)と呼ばれる、特有の低振動数モードが観測されることが古くからしられている。また、ガラスの熱伝導度には、10K程度の温度領域において、Plateauが現れることが知られている。この低周波数における振動モードと熱伝導度の異常は、ガラスにおいて普遍的に見られ、また、熱伝導度のPlateauは、局在振動の存在により説明されるが、Plateau以上の温度領域での熱伝導度の増加は、未知のままである。この点を明らかにするためにネットワークガラスであるアモルファスGeS_2について、ダイアモンドアンビルセル(DAC)を用いて圧力下における、Raman散乱及び、Brillouin散乱実験を行い、ボゾンピーク及び、音響モードスペクトルの圧力依存性を調べた。ボゾンピークの周波数は、圧力の増加に伴い高周波数側への大きなシフトが観測された。音響フォノンに関しては、Thurston and Bruggerらにより求められた、音速の圧力依存性を用いた3次非線形弾性率の決定法が知られている。我々は、この方法を拡張し、強局在振動に由来するボゾンピークの周波数シフトから、局在振動と音響フォノンの非線形相互作用の大きさを見積もった。この相互作用は、強局在モードのHopping Processに対応し、その大きさは音響フォノン同士の3次非線形相互作用に比べ、20倍以上大きいことがわかった。このことは、ボゾンピークに関係する強局在モードのポテンシャルの非線形性が大きいことを示しており、熱伝導度のPlateau異常の温度領域での増加が局在モードのHopping過程により引き起こされる可能性を示唆する。

ネットワークガラスの光散乱スペクトルには、ボゾンピーク(あるいは、ボーズピーク)と呼ばれる、特有の低振動数モードが観測されることが古くからしられている。また、ガラスの熱伝導度には、10K程度の温度領域において、Plateauが現れることが知られている。この低周波数における振動モードと熱伝導度の異常は、ガラスにおいて普遍的に見られ、また、熱伝導度のPlateauは、局在振動の存在により説明されるが、Plateau以上の温度領域での熱伝導度の増加は、未知のままである。この点を明らかにするためにネットワークガラスであるアモルファスGeS_2について、ダイアモンドアンビルセル(DAC)を用いて圧力下における、Raman散乱及び、Brillouin散乱実験を行い、ボゾンピーク及び、音響モードスペクトルの圧力依存性を調べた。ボゾンピークの周波数は、圧力の増加に伴い高周波数側への大きなシフトが観測された。音響フォノンに関しては、Thurston and Bruggerらにより求められた、音速の圧力依存性を用いた3次非線形弾性率の決定法が知られている。我々は、この方法を拡張し、強局在振動に由来するボゾンピークの周波数シフトから、局在振動と音響フォノンの非線形相互作用の大きさを見積もった。この相互作用は、強局在モードのHopping Processに対応し、その大きさは音響フォノン同士の3次非線形相互作用に比べ、20倍以上大きいことがわかった。このことは、ボゾンピークに関係する強局在モードのポテンシャルの非線形性が大きいことを示しており、熱伝導度のPlateau異常の温度領域での増加が局在モードのHopping過程により引き起こされる可能性を示唆する。