金属における新しい配向相転移のメカニズムに関する研究

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本年度は、乱れた4面体の存在によるクラスター殻原子の変位の様子及び、温度低下に伴う構造変化を定量的に明らかにすることを目的として、40Kから室温までの温度範囲でZn6Sc立方晶の単結晶X線回折データを収集した。測定はシンクロトロン軌道放射光X線を用い、相転移に伴うZn6Sc立方晶の高精度の単結晶回折データ収集を行った。単結晶試料は前年度に作製したTc=157Kで明瞭な相転移を示すものを用いた。Tc以下では分域構造をとるため単結晶を用いた構造解析が非常に困難であるが、転移点頂上では立方晶を保ったまま超格子反射位置の散漫散乱はほぼ発散しBraggピークに近くなる。本研究ではmerohedral twinとして超格子構造の解析し、原子変位パラメータの形状及び、原子変位パラメータの3次元形状を決定した。そして、4面体配向の乱れによりどの方向にどの程度原子が変位し、どのように短距離秩序が伝搬するのかを原子レベルで考察した。この結果、転移点直上の160Kにおいて4面体配向が規則化しており、さらに、第1殻であるdodecahedronのZn原子に平均原子位置からの大きな変位が見られた。また、180K以上においても同様にdodecahedronの大きな原子変位が観測され、4面体の存在によりdodecahedronが強く変形していることが分かった。以上より、対称性の低い4面体が周りのdodecahedronを強く変形することで周囲の4面体に応力場を形成すること、隣り合うクラスター間の弾性エネルギーを下げるように4面体が反対向きに規則化することで短距離秩序が形成されていくことが判明した。