中性子散乱による準結晶の原子構造の観察

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Al-Mn合金中に5回対称を持つ20面体相が発見されて以来、準結晶の研究が活発に行なわれてきている。本研究では、準結晶の原子構造を中性子散乱の特徴を生かして観察し、原子構造に関する知見を得ることを目的とする。本年度はまずAl_<80>V_<17>Si_3準結晶を雰囲気調整可能な液体急冷装置を用いて作製した。この準結晶が単相であることをX線回折で確認した後、中性子回折実験を行った。Al_<80>V_<17>Si_3の一成分であるV原子は、中性子に対する干渉性核散乱振幅がほとんど零であるので、中性子回折ではV原子は見えず、またSi原子は合金組成量がAl原子に比べて極端に少いので、散乱強度に対するSi原子の寄与は非常に小さくなる。故に、Al_<80>V_<17>Si_3準結晶の中性子回折実験を行うことにより、我々は、Al-Al原子対相関のみを直接観察することが出来た。準結晶中の部分相関を観察した例はこれまで無く、本研究により、世界で初めて準結晶の部分構造因子を導出することができた。このAl-Al部分構造因子をフーリエ変換することによって得られたAl-Al部分動径分布関数(RDF)の第1ピークの面積から、第1隣接の原子数は12.1個となり、これはまさに第1隣接原子配列が20面体からなっていることを示している。X線回折実験から得られた2体分布関数g(r)と中性子回折実験から得られたg(r)の差をとると、V-M相関(M=Al,VorSi)のみを導出することができた。このV-M相関を示すgV-M(r)とAl-Al相関のみを示すgAl-Al(r)の比較により、splitした第2ピークの相対強度がお互いに異なっていることが観察された。この結果は、準結晶中のAl原子が占める位置とV原子が占める位置が異なっていることを示唆している。