<講義ノート>放射光でみる結晶構造のダイナミクス(第62回物性若手夏の学校 集中ゼミ)

Abstract

「固体物理研究に結晶構造の情報は欠かせない!」という意見に異論のある人は少ないと思います。電子が主役になることが多い分野ではありますが, 結晶構造の情報無しに物性を語ることはできません(よね)。X線回折による結晶構造解析はポピュラーなので, みなさんも経験があるかもしれません。近年, 大型放射光施設の発展や装置の高度化, コンピュータの高速化や解析技術の向上が急速に進んだことから, 放射光Ｘ線回折を用いた超精密結晶構造解析が身近なものになりつつあります。結晶中の原子の位置や熱振動の様子はもちろん, 電子の空間分布や静電ポテンシャル分布, 波動関数までもが議論できるようになってきたのです。我々の研究グループでは, このような「静的な」精密構造解析による物性研究を推進するだけでなく, 放射光の高輝度性とパルス性とを活用して, 時々刻々変化する結晶構造の瞬間を解明する「動的な」構造解析の手法の確立を目指しています。さらに, この手法により誘電体結晶の電場印加構造ダイナミクスの研究を行っています。結晶構造解析の魅力は, なんといっても原子や電子の振る舞いを実空間で理解できることです。集中ゼミでは, 構造解析の基礎知識をお話しした後, 圧電体の結晶構造の電場応答を例に最近の結晶構造のダイナミクス研究についてご紹介します。本テキストでは, 強誘電体チタン酸バリウム単結晶に電場を印加したときの結晶構造の変化[1]を例に, ポンプ－プローブ型の放射光時分割単結晶回折実験を紹介します。