ブックタイトル日本結晶学会誌Vol57No4

概要

日本結晶学会誌Vol57No4

日本結晶学会誌57，219-225（2015）最近の研究から広帯域光散乱分光によるリラクサー強誘電体のフラクタルダイナミクスの研究立命館大学理工学部物理科学科是枝聡肇，藤井康裕名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻（物理系）谷口博基Akitoshi KOREEDA, Yasuhiro FUJII and Hiroki TANIGUCHI: Fractal Dynamics inRelaxor Ferroelectrics Studied by Broad-Band Light Scattering SpectroscopyWereportthebroadbandlight-scatteringspectroscopyofasinglecrystalofaprototypicalrelaxor ferroelectric, Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O 3 . A self-similar,“power-law central peak”has been observed,indicating the presence of a fractal in the crystal. A strong correspondence exists between thetemperature dependence of the power exponent, and that of the reported behaviors of“polar nanoregions”,which consist of the fractal percolation cluster in the crystalline matrix of the material.1．はじめに自然界には不規則な幾何学的構造を有する実体が無数に存在している．固体の場合には，ガラス（非晶質）のように，結晶とは異なるランダムな原子配列を有するものも多い．非晶質の原子配列も含め，自然界に存在する不規則な構造をもつ実体のほとんどが，「部分と全体が相似」であるような「自己相似性」（“self-similarity”）と呼ばれる特性を有することが広く知られている．1,2）なお，自己相似性を有する実体は「フラクタル（fractal）」という名で呼ばれる．単結晶性とランダムな自己相似性はまったく相容れない性質であるように思われ，これまであまり注目されてこなかった．しかし本稿では，巨大誘電応答を示すリラクサー強誘電体と呼ばれる物質群において見出された，「単結晶に内在するフラクタル」について紹介する．広帯域光散乱分光を通して明らかにされたリラクサー単結晶の動的なフラクタル特性について，巨大誘電応答や誘電特性の温度依存性との関連性などを考察する．2．自己相似な周波数応答：広帯域光散乱スペクトル物質の誘電的な応答を調べる手法としては試料に電極を付けて直接電圧を印加する，いわゆる誘電測定が広く行われる．一方，本稿で述べる光散乱法では，誘電測定で得られる複素電気感受率χの虚部に比例する信号を非接触に検出する．光散乱はふつう，散乱光の周波数シフトの大小によって，ラマン散乱，ブリルアン散乱，レイリー散乱という呼び名で区別される（図1aを参照）．光散乱スペクトルの強度は，光子が物質にエネルギー日本結晶学会誌第57巻第4号（2015）を与える場合（Stokes散乱，図1aで，横軸の負側），( )∝( )+Iω??nω1Im ?χq,ω（1）?()で表される．3）ここで，n（ω）＝［exp（?ω/k BT）－1］－1は熱分布を与えるボース・アインシュタイン因子である．また，電気感受率には周波数と波数の依存性があるため，χ（q,ω）と書いた．ラマン散乱とブリルアン散乱はどちらも本質的には同起源の非弾性散乱であるが，慣例として，ラマン散乱は回折格子モノクロメータで散乱光を観測できる場合を指し，ブリルアン散乱は干渉計が必要となるような，より周波数シフトの小さな非弾性散乱を指す．結果的に結晶のラマン散乱では光学フォノンのスペ(a)(b)Sample532nmNd:YAGLaserScatteredLightGratingMonochromator(Raman)TandemFabry-PerotInterferometer(Reyleigh & Brillouin)図1（a）光散乱スペクトルの模式図．（b）広帯域光散乱の実験配置の一例．（（a）A schematic view of lightscatteringspectrum.（b）An example of optical setupfor broad-band light-scattering.）219