コヒーレントQENSと時空相関解析による液体Biの異常構造の検出

Anomalous structure of liquid Bi studied by coherent QENS and time-space correlation analysis

川北 至信  ; 菊地 龍弥*  

Kawakita, Yukinobu; Kikuchi, Tatsuya*

ビスマスは結晶相ではパイエルス歪に基づいた二重層状構造を有する。液相では、単純な充填モデルでは解釈できない複雑な静的構造を示し、パイエルス歪が液体中にも残っているのではないかと考えられてきた。我々は、J-PARC物質・生命科学実験施設に設置されたBL14アマテラス分光器を用いて液体Biの中性子準弾性散乱(QENS)を測定し、そのコヒーレントQENSを解析した。時空相関関数から、長距離側に肩構造をもつ最近接分布が4つの成分からなり、30ピコ秒程度の長い緩和時間を示す長短2種類の相関と、ピコ秒以下の短い緩和時間をもつ中間的な距離の相関および最も長い距離をもつ相関があることが分かった。このことは、液体Bi中に層状構造が存在する直接的な証拠になる。本記事では、上記の成果とともに、時空相関関数によってコヒーレントQENSを解析する手法について報告している。

Bismuth (Bi) has a double-layered structure based on Peierls distortion in crystalline phase. Complicated static structure in liquid phase which cannot be interpreted by a simple packing model has been conjectured that Peierls distortion may remain even in liquid phase. We measured quasi-elastic neutron scattering (QENS) of liquid Bi by using AMATERAS installed at BL14 beamport of Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) in J-PARC and analyzed coherent QENS spectra. A time-space correlation function revealed that the nearest neighboring shell followed by a shoulder-like structure at longer side consists of four contributions of short and long correlations with relatively long relaxation time of a few tens pico second and medium-ranged and the longest correlations with a short relaxation time of sub-pico second, which is a direct observation of the existing layered structure in liquid Bi. In this article, we report the above scientific results and the method to analyze coherent QENS by the time-space correlation function.