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Visualizing rattling in PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$ by single crystal neutron diffraction and maximum-entropy analysis

単結晶中性子回折及びマキシマムエントロピー解析によるPrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$におけるラットリングの可視化

金子 耕士   ; 目時 直人   ; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 松田 達磨; 神木 正史*

Kaneko, Koji; Metoki, Naoto; Kimura, Hiroyuki*; Noda, Yukio*; Matsuda, Tatsuma; Kogi, Masafumi*

PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$におけるラットリングの詳細な描像を得るため、単結晶中性子回折及びマキシマムエントロピー解析を行った。室温では、Sbカゴ中で、非等方的に広く分布するPrの核密度が得られた。通常との異なる分布形状は、Prのポテンシャルにおける顕著な非調和性を示している。室温では、Prの最大核密度はオフセンター位置に存在しているが、低温の8Kではカゴの中心へと変化する。この結果は、PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$におけるラットリングは、オフセンターポテンシャルを伴わない、強い非調和性を持つ振動であることを示唆している。

In order to obtain a detailed picture of rattling in PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$, a single crystal neutron diffraction experiment and a maximum-entropy analysis were carried out. At room temperature, a widely distributed anisotropic Pr nuclear density in the Sb icosahedron cage was revealed. An unusual trapezoidal form in the cross-sectional density profile of Pr clearly demonstrates the presence of strong anharmonicity in the Pr potential, in which the $${langle}1,1,1{rangle}$$ direction has the maximum spread. The highest density is found at an off-center position along the same direction. The Pr density distribution becomes isotropic and sharp by cooling down to 8 K. Moreover, the highest density of Pr at 8 K is found at the center of the cage. The obtained nuclear density distribution and its temperature variation indicate that the rattling in PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$ is a strong anharmonic thermal motion without an off-center potential minimum.

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分野:Physics, Multidisciplinary

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