中性子ならびにX線回折比較法による準結晶のケミカルな構造観察

使用中子和 X 射线衍射比较方法观察准晶体的化学结构

• 批准号: 02212205
• 负责人: 福永 俊晴
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-02212205/
• 关键词: 準結晶; 中性子回折; X線回折; 原子構造; FK相; 近似結晶; 平均自由行程

準結晶は非整合な構造を持つが、その非整合性のスケ-ルが結晶学に許されない回転対称性による幾何学的な制限によって決定されている。そのスケ-ル比を有理数で近似することで、準結晶と局所的に類似な周期構造を得ることができる。これを近似結晶と呼んでいる。20面体型準晶(Iー相)はMgーAlーZnを始めとする菱形30面体型準結晶とAlーMnーSiを始めとするマッカイ20面体型準結晶に分類できる。前者にはFrankーKasper相(FKー相)、後者にはαーAlMnSi結晶相が近似結晶(Aー相)として存在することが知られている。本研究ではMg基のIー相、FKー相およびAー相の原子構造を中性子回折ならびにX線回折で観察しその相違と物性との関連を議論した。熱処理を行ない良質化したI相とFK相合金の中性子回折ならびにMokαを用いたX線回析によって求めたRDF(r)とBergman et al.が求めたFK相の結晶構造より計算した原子対相関との比較を行った。実験より求めたFK相のRDF(r)は計算によって求めた原子対相関をよく反映しており、またI相のRDF(r)も10Aの範囲内でFK相のデ-タと極めてよく一致していることがわかった。ところが、50A領域までG(r)を比較してみると、ある特定の領域で位相のずれと構造の差が認められ、しかも FK相の格子常数である17Aあたりで最初の不一致が生じていることが聖らかになった。この特徴は本研究で調べた全てのI相とFK相の間に認められた。これに対して、A相とI相のG(r)は50Aまでこのような目立ったずれは観察できなかった。電気伝導特性におけるFK相の平均自由行程A_Fは常に10ー15Aであるのに対し、A相のA_Fの値がI相と変らない小さな値を持つ。このことはFK相において周期性を回復するスケ-ルがちょうど平均自由行程A_Fの大きさになっていることと深い関係があることを示唆しており、構造の特性が物理的性質をある程度反映しているものと考えられる。

准晶体具有不相干的结构，不一致性的程度由旋转对称性引起的几何约束决定，这在晶体学中是不允许的。通过用有理数近似尺度比，可以获得局部类似于准晶体的周期结构。这称为近似晶体。二十面体准晶（I相）可分为菱形二十面体准晶如Mg-Al-Zn和麦凯二十面体准晶如Al-Mn-Si。已知前者具有Frank-Kasper相(FK相)，后者具有作为近似晶体的α-AlMnSi晶相(A相)。本研究通过中子衍射和X射线衍射观察了镁基I相、FK相和A相的原子结构，并讨论了它们的差异与物理性质之间的关系。使用经热处理改进的 I 相和 FK 相合金的 Mokα，通过中子衍射和 X 射线衍射确定的 RDF(r) 计算出原子对相关性，并与 Bergman 等人确定的 FK 相的晶体结构进行比较。是用.实验得到的FK相的RDF(r)反映了计算得到的原子对相关性，我发现I相的RDF(r)在10A范围内也与FK相的数据非常吻合。确实如此。然而，当比较G(r)到50A区域时，在某个区域观察到相移和结构差异，并且第一个差异出现在17A附近，这是FK相的晶格常数。在本研究中研究的所有 I 相和 FK 相之间都观察到了这一特征。另一方面，在直到50A的A相和I相的G(r)中都没有观察到如此明显的偏差。导电特性中FK相的平均自由程A_F始终为10-15A，而A相的A_F值较小，与I相相同。这表明，与FK相恢复周期性的尺度恰好是平均自由程A_F的大小有深刻的关系，并且结构的特性在一定程度上反映了物理性质。以为是这样的。