セレンの超臨界領域における半導体-金属転移と局所構造

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セレンは、液体から気体へと臨界点(1580℃,380bar)を超えて密度を連続的に減少させてゆく過程で、液体半導体から金属的性質をもつ流体へ、さらには気体へと多様な変化をする。本研究では、この超臨界領域に現れる金属流体の成因を明らかにするため、X線吸収方にる密度測定およびEXAFS測定を試みた。(1)高圧容器の製作;1700℃,800barまでの高温高圧下で密度およびEXAFSの測定が可能な高張力鋼製の内熱型高圧容器を設計し製作した。ヒーター,断熱管等の内蔵物を自作し、X線を通す高圧窓として金属ベリリウムを使用し、また圧力媒体としてヘリウムガスを用いた。テストの結果、所定の高温高圧を達成できることが判明した。(2)試料容器の開発;1700℃もの高温に耐え、セレンとの反応性が無く、しかも加工性に富む材料として粒径15ミクロンの多結晶サファイアを選んだ。X線が透過する部分の厚さはできる限り薄くする必要があり、さらに超臨界条件下にある試料の厚さを一定に保ち得る堅固さが要求される。これらの条件を満たし、X線透過部の厚さが200ミクロンの試料容器を当研究室で開発することに成功した。(3)X線吸収法による密度測定;X線源として、AgKα特性X線を用いた。高圧容器の前後にイオンチェンバーを置き、入射および透過X線強度を測定し、その吸収量から密度を算出した。この方法により、液体から気体にわたる超臨界領域での密度を世界で初めて測定することができた。(4)EXAFSの測定;平衡蒸気圧下での液体および気体セレンに対するEXAFSの測定にはすでに成功している。高圧下での測定については、密度測定を通して種々の実験条件をチェックし終えたので、高圧容器、試料容器当を高エネ研放射光施設に搬入し、間もなく測定を開始する予定である。