Neutron diffraction study of quantum effects on structural phase transition in quartz

中性子回折による石英の原子変位に対する量子効果の研究

林 誠*; 藤下 豪司*; 金井 貴志*; 山田 貴洋*; 井川 直樹   ; 木原 國昭*

Hayashi, Makoto*; Fujishita, Hideshi*; Kanai, Takashi*; Yamada, Takahiro*; Igawa, Naoki; Kihara, Kuniaki*

変位型構造相転移の秩序変数である原子変位とそれに結合した格子ひずみの転移点近傍の温度変化は、ランダウポテンシャルを用いた現象論でよく説明できる。近年、Romero and Saljeにより量子論的に拡張されたランダウポテンシャルを用いることで転移点以下の温度域でも現象論で説明できることが示された。本研究では、全温度範囲で原子変位がこの拡張された現象論で説明できるかどうかを検証するため石英を用いた中性子回折実験を10250Kの温度範囲で行った。その結果、格子ひずみは原子変位の二乗に比例することを明らかにするとともに、全温度領域での拡張された現象論の有効性が確かめられた。

A phenomenological theory describes the temperature dependence of the order parameter Q, which is atomic shift in displacement structural phase transition and of strain e, which is coupled to Q, near a phase transition. Recently, Romero and Salje showed the strain obeys the quantum phenomenological theory below the temperature of the displacement structural phase transition. However, direct evaluation of the quantum phenomenological theory by measuring the order parameters in entire temperature is required to verify the effectiveness of the theory. We carried out the structural analysis of quartz by neutron powder diffraction in the temperature range of 10-250K. We found that the strain was in proportion to the squares of the displacement of the Si atom along the a-axis in the present temperature range. The effectiveness of the theory was directly verified by the atomic displacement.