超臨界状態におけるアルカリ金属の静的・動的構造の研究

超临界状态碱金属静态和动态结构的研究

• 批准号: 03J05047
• 负责人: 松田 和博
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J05047/
• 关键词: アルカリ金属; 超臨界; 放射光; ミクロ構造; 金属-非金属転移; ルビジウム; 回折; モリブデンセル

本研究の目的は、超臨界状態におけるアルカリ金属流体のミクロ構造を、放射光を用いて究明することである。しかしながら、反応性の高いアルカリ金属を高温高圧条件下で安定に保持する試料セルの開発例は従来なく、本研究の目的達成のためには試料セルの開発が極めて重要な課題であった。そこで本研究では、アルカリ金属との反応性の低いモリブデンを材質とした試料セルの開発に着手し、その開発を成功させることができた。試料セルは透過型であり、X線透過窓として電解研磨により40μmまで薄膜化した二つの単結晶モリブデンディスクを用い、それを0.4mmの試料保持部を間に挟んで配置することを大きな特徴とする。流体試料はその二つのモリブデンディスクの間に保持される。このように薄膜化した単結晶モリブデンを採用したことで、セルからのバックグランドを大幅に低下させることが可能となり、流体密度が低下する超臨界領域でも高精度な構造解析実験を行うことができた。実際に、流体ルビジウムを測定対象として、1850℃、210barまでのX線回折測定を世界で初めて実現した。その結果によると、二体分布関数より求めた最近接原子間距離が、金属-非金属転移領域に相当する臨界点近傍(〜0.3g/cm^3)から遠く離れた金属領域(〜1.0g/cm^3)において、極めて早い段階から減少し始めるという非常に興味深い結果が得られた。金属領域ですでに原子間距離の短い流体構造(例えば二原子分子など)が存在することを示唆するこの結果は、アルカリ金属の膨張様式に対する従来の認識を大きく変え、さらには、金属化した流体水素の大部分が二原子分子構造を保持しているという推測に対しても極めて重要な知見を与えるものである。

本研究的目的是利用同步辐射研究超临界状态下碱金属流体的微观结构。然而，还没有开发出能够在高温高压条件下稳定地保持高反应性碱金属的样品池的例子，为了实现该目的，样品池的开发是极其重要的课题。研究。因此，在本研究中，我们开始开发与碱金属反应性低的钼制成的样品池，并成功开发出来。样品池为透射式，其主要特点是采用两个经电解抛光减薄至40μm的单晶钼圆盘作为X射线透射窗，其间放置0.4mm的样品架。 。流体样本保持在两个钼盘之间。通过以这种方式使用薄单晶钼，可以显着降低来自单元的背景，使得即使在流体密度降低的超临界区域也可以进行高精度的结构分析实验。事实上，我们在世界上首次能够在高达 1850℃ 和 210bar 的温度下对液态铷进行 X 射线衍射测量。根据结果​​，由二体分布函数确定的最近原子之间的距离是从对应于金属-非金属过渡区域的临界点（~0.3g/cm^3）附近到金属较远的区域（~1.0g/cm^3），对应于金属-非金属过渡区域/cm^3），我们得到了一个非常有趣的结果，它从极早的阶段开始减少。这一结果表明金属区域中已经存在原子间距离短的流体结构（例如双原子分子），显着改变了对碱金属膨胀模式的传统理解，并进一步表明这为推测提供了极其重要的信息大多数氢保持双原子分子结构。

项目成果

D.Ishikawa, M.Inui, K.Matsuda, K.Tamura, A.Q.R.Baron, S.Tsutsui, Y.Tanaka, T.Ishikawa: "Collective dynamics in dense Hg vapour"Journal of Physics : Condensed Matter. 16. L45-L45 (2004)

D.Ishikawa、M.Inui、K.Matsuda、K.Tamura、A.Q.R.Baron、S.Ttsutsui、Y.Tanaka、T.Ishikawa：“稠密汞蒸气中的集体动力学”物理学杂志：凝聚态物质。

Kozaburo Tamura, Masanori Inui, Kazuhiro Matsuda, Daisuke Ishikawa: "Structural Studies of Expanded Fluid Metals Using Synchrotron Radiation"Proceeding of MRS-J. (to be published).

Kozaburo Tamura、Masanori Inui、Kazuhiro Matsuda、Daisuke Ishikawa：“利用同步辐射进行膨胀流体金属的结构研究”MRS-J 论文集。