金属ガラスの電子構造解析による相安定化機構の解明

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バルク金属ガラスは、高強度機械材料、耐摩耗性コーティング材料、超軟磁性バルク材料などへの応用が期待されている。それぞれの用途に最適化されたバルク金属ガラス材料を設計する為には、安定化機構を解明し、機能を最適化する材料設計指針を構築することが必須である。これまでに行われてきた研究では、バルク金属ガラスの安定性に関して熱力学的に考察されているに過ぎず、材料設計指針を構築する為の情報の蓄積が不十分であると判断される。バルク金属ガラスの安定性を完全に理解する為に、微視的な安定化機構を解明する研究が強く望まれる。本研究では、バルク金属ガラスの安定化機構を電子論的観点から解明することを目的としている。平成18年度までに実施した研究により,バルク金属ガラスに共通する特徴として,(1)低い内部エネルギーを生み出す共有結合性で特徴づけられるクラスターが構造ユニットとして存在すること,(2)それらが内部エネルギーを増大させることなくランダムネットワークを組むことでエントロピーを増大させていることを明らかにした.(1)および(2)の特徴は,低自由エネルギーを実現させ,金属ガラス構造の安定化を導いていると結論した.平成19年度に行った研究では,上記の知見を用いて,より安定な金属ガラスの創成を目指した.Pd-Ni-P系において内部エネルギーを上昇させることなくエントロピーのみを増大させるように元素置換を行ったところ,結晶化温度を数十℃上昇させることに成功した.この実験事実により,我々が主張する金属ガラス安定化機構が正しいことを証明することができたと考えている.