金属ガラスの大過冷却状態の原子レベルでの直接観察

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本年度は、金属ガラス融体および過冷却液体の構造データを得るために、ガスジェット浮遊装置の各種パラーメータ(ノズルの形状、ガスの流量、およびガスの純度)を最適化することができた。金属融体試料をアルゴンガスで浮遊させ、炭酸ガスレーザーによる加熱で融体としているために、ガスおよび配管に存在する不純物の影響による酸化が実験当初は観測された。そこで、超高純度ガスを採用し、かつ配管をステンレス製のものとし、なるべくその長さを短くした。その結果、世界で初めて金属ガラス融体をガスジェット浮遊法で長時間安定に浮遊させることに成功した。その結果、SPring-8の高エネルギー放射光を用いることで非常に高精度の高い回折データを広い波数ベクトルの範囲で短時間で測定することに成功した。さらに、得られたデータに逆モンテカルロシミュレーションと呼ばれるコンピュータシミュレーションを適用することにより、その3次元構造の可視化に成功した。得られた結果から金属ガラス融体とガラスの構造の類似性および融体の構造の特徴を浮き彫りにすることができた。さらに異なった組成の金属ガラス融体においても実験を行い、金属ガラス融体の構造に及ぼす組成の影響も系統的に捕らえるに至った。しかしながら、金属ガラス融体を過冷却液体として安定に長時間維持することは出来なかった。これは実験に用いた試料サイズが外径2mmと大きすぎたために融体の温度を下げていった際に核生成が促進され、結晶化が起こったためと考えられる。今後は試料サイズを外径1mmとして、さらに実験を継続して、融体が過冷却液体→ガラスとなる過程をリアルタイムで測定する必要がある。