熱的挙動による不整合相を伴う構造相転移現象の観測と解明

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573℃付近における水晶（SiO2）のα相とβ相の構造相転移は、不整合相（Incommensurate相、以下、IC相）を伴うことが知られている。他の結晶に比べ、相転移温度が非常に高く、かつIC相の温度範囲が極めて狭い（約1.5℃）という特異な性質をもつ水晶のIC相は、X線回折、中性子回折、ラマン分光法等により活発に実験研究が進められたが、熱量測定法による熱的挙動の観測は不十分な状況である。そこで本研究では、示差走査熱量測定等を用いた手法により、このIC相の観測を行い、その振る舞いを明らかにすることを目的としている。さらに、このIC相中に生じるIC-IC相転移を熱的側面から捉えることを試みる。本年度は、示差走査熱量計を用いて、水晶の構造相転移観測のトライアル測定を行った。測定試料としては、天然水晶と成膜基板用の人工水晶を、試料容器に入る大きさにカットしたものを用いた。測定プログラムは、550 ℃～590 ℃の温度範囲における昇温および降温とし、昇降速度（0.2～5 ℃/min）を変えて測定を行った。さらに比較のために、SiO2粒子を用いた構造相転移観測も試みた。天然水晶と人工水晶の測定結果より、相転移温度付近において、単純な一次相転移のピークではない、より複雑な変化を捉えることができた。この複雑な変化は、α-IC-β相転移またはIC-IC相転移を含んでいる可能性があり、これを実証するためには、さらなる詳細な測定が必要である。一方、SiO2粒子の測定では、α-β相転移を捉えることができた。測定課題としては、試料容器の材質（アルミニウム、アルミナ等）の影響、試料の個体差の影響等が挙げられ、今後解決していきたい。