中性子散乱による融体・金属ガラスの構造ゆらぎとダイナミックス

由于中子散射导致熔体和金属玻璃的结构波动和动力学

• 批准号: 15074208
• 负责人: 福永 俊晴
• 金额: $ 28.99万
• 依托单位: Kyoto 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15074208/
• 关键词: 金属ガラス; 中性子回折; 中性子非弾性散乱; 多面体解析; リバースモンテカルロ法; 20面体構造; プリズム構造; ボゾンピーク; X線回折; 構造因子; 二十面体構造; 三角プリズム構造; リバースモンテカルロ; 中性子散乱; 原子構造; 構造モデル; 水素吸蔵; 組成ゆらぎ

金属ガラスの安定性は金属ガラスを構成する短範囲構造ユニットや中距離構造と深い関係があると考える。さらに、非平衡状態では安定になるための原子の動きがあることから、原子の運動とも深く関わっていると考えられる。熱的に安定なCu-Zr金属ガラスは20面体的な構造ユニットが多く存在するが、Ni-Zr金属ガラスはNi-Zr系の安定結晶を構成している三角プリズム構造が多く存在することが明らかになった。そのNi-Zr系金属ガラスにA1などの第三元素を添加することにより熱的安定性が増すが、そのときの構造変化を調べた結果、A1添加により三角プリズム構造が減少し、20面体的な構造ユニットの増加が観察された。このことは金属ガラスの熱的安定性は構造学的に20面体的な構造ユニットが強く関わっていることを示唆している。Cu-Zr系金属ガラスに第三元素としてA1を添加したときの構造変化を調べると、20面体的な構造ユニットの構造の急激な増加は見られないが、正20面体的なユニットの増加が観察された。この変化を、中性子非弾性散乱を用いたダイナミックス観点から検討を行った結果、5meV付近に観察される低エネルギー励起(ボゾンピーク)の強度がA1を添加することによって低下することが明らかになった。この現象は金属ガラスにおける自由体積(free volume)の減少と解釈することが出来ることから、第三元素の添加による金属ガラスの熱的安定性は系の自由体積の減少による原子の動きの低下によるものと解釈することができる。すなわち、金属ガラスの熱的安定性をよくするためには、系の構成構造ユニットである正20面体を増加させ、かつ自由体積を減少させることであることが明らかになった。

金属玻璃的稳定性被认为与构成金属玻璃的短距离结构单元和中范围的结构有着深厚的关系。此外，由于原子在非平衡状态下有稳定的运动，因此人们认为它与原子的运动深深相关。尽管热稳定的Cu-ZR金属玻璃具有许多二十面体结构单元，但已经揭示了NI-ZR金属玻璃具有许多三角形棱镜结构，它们形成了NI-ZR系统的稳定晶体。在基于NI-ZR的金属玻璃中添加第三个元素（例如A1）会提高热稳定性，但是由于研究了当时的结构变化，A1的添加降低了三角形的棱镜结构，并且观察到了Icosahedral结构单元的增加。这表明金属玻璃的热稳定性与结构性二十面体结构单元密切相关。当在基于Cu-ZR的金属玻璃中添加A1作为第三个元素时发生结构变化时，二十面体结构单元的结构没有突然增加，但是观察到二十面体单元的增加。使用中子非弹性散射从动力学的角度检查了这一变化，并发现在添加A1时观察到低能激发（玻色子峰）的强度约为5 MeV。由于这种现象可以解释为金属玻璃中游离体积的减少，因此由于添加第三个元素而导致的金属玻璃的热稳定性可以解释为由于系统的自由体积减少而导致原子运动的减少。也就是说，为了提高金属玻璃的热稳定性，有必要增加正常的二十面体，即系统的结构单位，并减少自由体积。

项目成果

Structural Study of (Na2S) 50 (GeS2) 50 Glass by x-ray and Neutron Diffraction

(Na2S) 50 (GeS2) 50 玻璃的 X 射线和中子衍射研究

• 发表时间: 2007
• 作者: K. Itoh;M. Sugiyama;K. Mori and T. Fukunaga
• 通讯作者: K. Mori and T. Fukunaga

Reverse Monte Carlo Modeling of Atomic Configuration for Amorphous Materials

非晶材料原子构型的逆蒙特卡罗建模

• 发表时间: 2007
• 期刊: Solid State Phenomena 127
• 作者: T. Fukunaga;K. Itoh;K. Mori and M. Sugiyama
• 通讯作者: K. Mori and M. Sugiyama

Structure of Amorphous TbNi2D2.4 Observed by X-ray and Neutron Diffraction

X射线和中子衍射观察非晶态TbNi2D2.4的结构

• 发表时间: 2005
• 期刊: J.Alloys and Compounds 392
• 作者: K.Itoh;T.Sawada;K.Aoki;T.Fukunaga
• 通讯作者: T.Fukunaga

Structural Study of Ni0.61Zr0.39 and (Ni0.61Zr0.39) D0.59 Amorphous Alloys

Ni0.61Zr0.39和(Ni0.61Zr0.39)D0.59非晶合金的结构研究

• 发表时间: 2007
• 作者: K. Itoh;M. Sugiyama;K. Mori and T. Fukunaga
• 通讯作者: K. Mori and T. Fukunaga

Structural Observation and RMC Modeling for Ni-Zr and Cu-Zr Metallic Glasses

Ni-Zr 和 Cu-Zr 金属玻璃的结构观察和 RMC 建模

• 发表时间: 2005
• 期刊: J.Metastable & Nanocrystalline Materials (印刷中)
• 作者: Yoshida;K.;森下直貴;Kanaya T;森下 直貴;H.Kimura;森下直貴;R.Gilardi;翻訳刊行委員会(編);T.Fukunaga;Kazuhiro Mori;T.Fukunaga
• 通讯作者: T.Fukunaga