Inelastic neutron scattering study on phonon spectra in dimer-Mott insulator -(BEDT-TTF)ICl

中性子非弾性散乱によるダイマーモット絶縁体-(BEDT-TTF)IClにおけるフォノンモードの研究

河村 聖子   ; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘  ; 菊地 龍弥  ; 川北 至信  ; 中島 健次  

Kawamura, Seiko; Matsuura, Masato*; Iguchi, Satoshi*; Sasaki, Takahiko*; Taniguchi, Hiromi*; Kubota, Aiko*; Sato, Kazuhiko*; Inamura, Yasuhiro; Kikuchi, Tatsuya; Kawakita, Yukinobu; Nakajima, Kenji

最近、分子ダイマーモット絶縁体-(BEDT-TTF)IClにおいて、リラクサー的な電荷応答を示す強誘電性が示唆されている。われわれはこの系に対し、チョッパー分光器を用いた中性子非弾性散乱測定を行い、広い波数ベクトル(Q)-エネルギー(E)空間でのフォノンの観測に、分子性導体では初めて成功した。測定では、音響フォノンと36meVまでの光学フォノンモードが明瞭に観測された。最もエネルギーの低い4.2meVのモードの強度は、グラス的強誘電が発現する温度=62K以下でゾーン境界において増加し、さらに反強磁性転移温度=22K以下では、観測された全Q領域で大きくエンハンスされることが明らかになった。この結果は、4.2meVモードにより特徴づけられる格子ダイナミクスが、電荷・スピンの自由度と強く結合していることを示している。

A molecular dimer-Mott insulator -(BEDT-TTF)ICl is a candidate for a new type of ferroelectric system which shows a relaxor-like dielectric response. We performed inelastic neutron scattering measurements on this system by using a chopper specrometer, and observed phonon spectra in a wide wave vector ()-energy () region for the first time. Clear optical modes with the energies up to 36 meV were observed together with an acoustic phonon dispersion. The intensity of the optical mode with the lowest energy = 4.2 meV increases at a zone boundary along the * axis below = 62 K, at which a glassy ferroelectricity appears, and it further increases all over the measured range below the antiferromangetic transition temperature = 22 K. The results suggest that the lattice dynamics characterized by this optical phonon mode is significantly coupled with strongly correlated charge and spin degrees of freedom.