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。

我们认为，金属玻璃的稳定性与构成金属玻璃的短程结构单元和中程结构有着深刻的关系。此外，由于原子运动是为了在非平衡状态下变得稳定，因此被认为与原子的运动密切相关。热稳定的Cu-Zr金属玻璃具有许多二十面体结构单元，而Ni-Zr金属玻璃具有许多构成稳定的Ni-Zr晶体的三棱柱结构。通过在Ni-Zr金属玻璃中添加第三种元素如A1，热稳定性得到提高，但研究当时的结构变化的结果是，A1的添加减少了三棱柱结构并产生了二十面体结构。观察到结构单元的数量。这表明金属玻璃的热稳定性在结构上与二十面体结构单元密切相关。当检查A1作为第三元素添加到Cu-Zr金属玻璃中时的结构变化时，二十面体结构单元的结构没有快速增加，但观察到正二十面体单元的数量增加。使用非弹性中子散射从动力学角度研究该变化的结果表明，通过添加A1，在5meV附近观察到的低能量激发（玻色子峰）的强度降低。这种现象可以解释为金属玻璃中自由体积的减少，因此金属玻璃由于添加第三元素而产生的热稳定性是由于自由体积的减少而导致原子运动的减少。它可以被解释为系统的体积。换句话说，已经清楚的是，为了提高金属玻璃的热稳定性，需要增加作为体系的构成结构单元的正二十面体的数量并减少自由体积。

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 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

K.Itoh, K.Kanda, K Aoki, T.Fukunaga: "X-ray and Neutron Diffraction Studies of Atomic Scale Structures of Crystalline and Amorphous TbFe_2D_x"J.Alloys & Compounds. 348. 167-172 (2003)

K.Itoh、K.Kanda、K Aoki、T.Fukunaga：“晶体和非晶态 TbFe_2D_x 原子尺度结构的 X 射线和中子衍射研究”J.Alloys