パルス中性子を用いた複雑液体金属の時空相関関数

Time-space correlation function of liquid metals with complex static structure deduced from pulsed neutron experiment

川北 至信  ; 菊地 龍弥*  ; 稲村 泰弘  ; 田原 周太*; 丸山 健二*; 花島 隆泰*; 中村 充孝   ; 鬼柳 亮嗣  ; 山内 康弘*; 千葉 薫*; 河村 聖子   ; 坂口 佳史*; 島倉 宏典*; 高橋 竜太*; 有馬 寛*; 中島 健次  

Kawakita, Yukinobu; Kikuchi, Tatsuya*; Inamura, Yasuhiro; Tahara, Shuta*; Maruyama, Kenji*; Hanashima, Takayasu*; Nakamura, Mitsutaka; Kiyanagi, Ryoji; Yamauchi, Yasuhiro*; Chiba, Kaori*; Kawamura, Seiko; Sakaguchi, Yoshifumi*; Shimakura, Hironori*; Takahashi, Ryuta*; Arima, Hiroshi*; Nakajima, Kenji

単純な粒子のランダム充填では表せない複雑な構造を持つ単原子多価液体金属がある。こうした物質では、金属的な結合と共有的な結合が混ざった構造という説や、短時間だけ共有結合が生成されるというダイナミックなモデル、固体で見られるようなパイエルス歪が液体にもあるとする擬結晶モデルなど諸説が、液体構造や理論計算から提案されてきた。こうした液体の複雑性に対する明確な描像を実験的に得るために、動的構造を十分な精度で解析することが不可欠である。我々は、J-PARC物質・生命科学実験施設のBL14アマテラス分光器を用いて、液体ビスマスのコヒーレント中性子準弾性散乱実験を行い、時空相関関数を導出した。二重層状構造の特徴的な距離での緩和時間の違いから、パイエルス歪構造が液体中に残存している証拠を得た。

There are many polyvalent liquid metals with complex structure which cannot be reproduced by random packing model. To explain such complexity, coexistence of metallic and covalent bonds, dynamic model of short-lived covalent bonds, and quasi-crystal model where Peierls distortion still remains even in liquid phase have been proposed from structure analyses and theoretical calculations. To obtain concrete picture experimentally for complex structure, it is indispensable to measure dynamic structure with precise statistical accuracy. We performed inelastic neutron scattering of liquid bismuth by using AMATERAS installed at MLF in J-PARC and deduced its time-space correlation function. We got evidence that structure of Peierls distortion remains even in liquid by evaluating difference in relaxation time at specific atomic distances characterized by double layered structure.