固溶体及び不定比組成鉱物に於ける物質移動と局所構造

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天然の結晶(鉱物)の殆どが固溶体であり、また構造中に必ず欠陥を有する。固体の関与した反応を理解する上から原子レベルで結晶内の物質移動メカニズムを対ることが重要である。物質の拡散・移動のメカニズムを更に詳細に知るうえから、欠陥濃度を制御した不定比組成鉱物や固溶体の局所構造と、拡散速度、イオン伝導度、輸率との関係を知ることが必要である。本研究では、既知の酸化・還元雰囲気、水蒸気圧、温度条税下で、結晶中の欠陥濃度や不純物量を制御した、結晶合成、単結晶育成を、ホタル石型複酸化物、ペロブスカイト型複酸化物、還移金属カルコゲン化物、メリライト型化合物、ざくろ石型化合物などの不定比組成鉱物及び固溶体について行った。さらに、既知の条件下でX線分光法と回折法による測定及び、拡散速度、イオン伝導度、輸率、磁化率等の物性の測定を行った。物質の移動・拡散のメカニズムは、鉱物の結晶構造、鉱物中の不純物や欠陥の濃度、置換固溶したイオンのまわりの局所構造等によって異なることを、不定比組成鉱物や固溶体の原子レベルの構造解析と関性測定に基づいて明らかにした。EXAFS法による局所構造解析とX線精密構造解析を併用することにより、非調和熱振動等の原子の動的振舞いや、拡散イオンのまわりの局所構造が拡散速度等にいかに反映しているかを明らかにした。また、CdSなどの四配位結合の化合物では極低温でも非調和熱振動が顕著であることを実験的にみいだした。