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X線中性子PDF解析による結晶性物質 の局所構造解析 の局所構造解析 日本原子力機構 量子ビム応用研究部門 日本原子力機構 量子ビ ム応用研究部門 樹神克明 1. PDF解析とは何か? その概念:動径分布関数、二体分布関数、原子対相関関数 2. 何がわかるのか 測定方法 Mn 3 Cu 1-x Ge x Nの巨大負熱膨張と局所構造歪み Iikubo et al. PRL (2008) 結晶周期性をもたない構造歪み:局所構造歪み 3 今後の展開 LiMn 2 O 4 における伝導電子のガラス的凍結 3. 今後の展開 PDF解析を用いた新しい実験、解析手法

発表KEK 樹神 提出用pf·š中性子PDF解析による結晶性物質 の局所構造解析 日本原子力機構量子ビ量子ビ ム応用研究部門ーム応用研究部門

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    1. PDF

    2.

    Mn3Cu1-xGexN Iikubo et al. PRL (2008)

    3

    LiMn2O4

    3. PDF

  • PDF

    RDFR(r)

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  • PDF

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    Q

    Q Q

    15

    20

    25BiMnO

    3

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    Structure function

    QQ>2030-1

    Q

    0

    5

    10S(Q Q

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    0 10 20 30

    Q (A-1)

    X

    X Q 30-10.4

    TOFPDF

    2

  • PDFJ-PARC XSPring-8

    iMATERIABL20NOVABL21 BL14B1

    KEK JAEA

  • PDF

    r() r()

    RietveldPDF

    PDF

    S(Q)

    PDF

    Q

  • Mn3Cu1-xGexN Cu or Ge

    N

    Mn x0.5

    x0.15

    K. Takenaka and H. Takagi : APL (2005) K. Takenaka and H. Takagi : APL (2009)

    Fe64Ni36 Fe64Ni36

  • JRR 3 HRPD&TAS2Iikubo et al. PRB (2008)

    cubic Para

    700

    600

    JRR-3 HRPD&TAS2x

    1. cubic

    x=0.7

    x=0.5cubic

    cubic, Para

    T-F m

    agne

    ti500400

    300T (K

    )

    x=0.15cubic, 5gAF

    Ferromagnetic

    T4,

    Ferri

    mc

    200

    100

    0

    AF0

    1.00.80.60.40.20.0x

    2.5g

    2.3B

  • Mn3Cu1-xGexNMn Cu Ge NPDF

    Iikubo et al. PRL 101 (2008)

    (Cu or Ge)

    Mn3Cu0.5Ge0.5NPDF

    (Cu or Ge)

    NLANSCENPDFMn

    LANSCENPDF

    Mn-N Mn-MnMn-(Cu, Ge)

    Mn6N Mn MnMn (Cu, Ge)

    Mn-N Mn-N Mn-Cu,Ge

  • Mn6N

    Mn3GeN (x=1.0)Mn6N tetragonal

    xcubic

    Mn6N

  • x

    Mn3dN2p MnN MnN

    x

    PDF

    PDF

    x

    x

    x

  • LiMn2O4 LiMn2O4 Li

    cubic Fd-3mLi, Mn, O, ,

    Mn+3.5

    Mn3d

    Sugiyama et al.

  • LiMn2O4

    Mn3+, Mn4+

    ,

    PDF

  • J-PARCNOVABL21

    90Rietveld

    cubiccubicFd-3m

    60

    80 observedfi i f Fd 4

    0

    20

    40

    60 fitting for Fd-4m diff

    -2)PDF

    -60

    -40

    -20

    0

    G(r

    ) (A

    -

    1 2 3 4 5

    -80

    r (A)

    1.4 < r < 10Rwp=16.0%

  • Mn3+, Mn4+orthorhombic : Fdddorthorhombic : Fddd

    80observed

    orthorhombic : Fddd80

    observed

    cubic : Fd-3m

    20

    40

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    2)

    20

    40

    60 fitting for Fd-4m diff

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    -40

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    0

    G(r

    ) (A

    -2

    1 2 3 4 5

    -80

    -60

    1 2 3 4 5

    -80

    -60

    r (A)

    Rwp=8.6%r (A)

    Rwp=16.0%

    Mn3+ Mn4+Mn1-O : 1.986A Mn4-O : 1.895A

    Mn-O

    Mn3+Mn4+Mn2-O : 2.000A Mn5-O : 1.920AMn3-O : 2.013A

    Mn Mn Mn3d

  • 20boxcar refinement Qiu et al.20boxcar refinement

    r cubicFd-3m20

    40

    60

    Qiu et al.

    cubicFd 3m

    -20

    0

    20

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    -2)

    r

    r :

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    observed fitting for Fd-3mfitti f Fddd

    40 observed fitting for Fd-3m

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    0

    20

    40

    fitting for Fddd

    ) (A

    -2)

    0

    20

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    A-2)

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    -60

    -40

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    G(r

    )

    60 62 64 66 68 0-40

    -20

    G(r

    2 4 6 8 10

    r (A)60 62 64 66 68 70

    r (A)

    rmax

  • Mn-Ormaxorthorhombic: Fdddorthorhombic: Fddd

    Mn-O

    rmax150Mn-OMn3.5+

    rmax150cubic

    Preliminary150

  • PDF1. Mn3Cu1-xGexN

    Mn6NM N Mn6N

    2 LiM O

    Iikubo et al. PRL 101 (2008)

    2. LiMn2O4 Mn3+Mn4+

    d Mn3d

    150

  • PDF PDF

    1 PDF31. PDF3

    2.

    3. PDF