Creation of metal nanoparticles with novel ordering structure derived from interface strain and development of the unexplored physical properties

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合金相の元素配列は物理的な特性を大きく左右するため、新規物性や優れた特性を示す材料を開拓する上で未踏規則合金の形成は非常に興味がもたれている。ところが、熱力学的に不安定な未踏規則合金を形成することは極めて困難であり、挑戦的な課題である。例えば、FePd3合金相では数多くの規則合金が幾何学的に許容される一方で、熱力学的に安定なL12相以外を実験で実証した報告例はない。したがって、この課題に取り組むためには結晶構造を制御する新しい戦略が必要となる。そこで、課題申請ではA1-PdInxナノ粒子にInと固溶できずPdと固溶可能なFeを熱拡散させることで、Inを等方的に粒子表面に放出させ、Inの大きな原子半径に由来する界面応力を利用した未踏FePd合金相の形成を計画していた。結果としては当初の予定とは異なりInは三元系Fe-Pd-In合金相として存在していたが、L10-FePdユニットセル層とPd-In固溶体原子層が交互積層した先例のないZ3-Fe(Pd,In)3ナノ粒子の形成に成功した。また、第一原理計算の結果から、Z3構造の形成駆動力がInの置換サイト（Feと隣接しない原子配置）であることが分かっただけでなく、Inと同様の元素間固溶性を有する元素添加でのみZ3構造が安定化することが明らかになった。またZ3-Fe(Pd,In)3ナノ粒子の磁気特性が、In量がより少ない場合に形成されるL12-(Fe,In)Pd3ナノ粒子と飽和磁化が同程度である一方で、15倍程高い保磁力を有することが分かった。これは、Z3構造が極めて異方性の高い結晶構造であるためと考えられる。以上より、界面応力による未踏規則合金相の形成は達成されなかったが、元素間固溶性による未踏規則合金の熱力学的安定化が達成された。