Visualization of local chemical structure in high entropy alloys with quantum beams

• Project Area: High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity
• Project/Area Number: 21H00139
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 池田 陽一 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40581773)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: ハイエントロピー合金 / 中性子 / 局所構造 / 短距離秩序 / 構造緩和 / X線

Outline of Research at the Start

ハイエントロピー合金の基本概念は、新しいメタラジーとして、材料科学の他に触媒化学などの分野にも取り入れられつつあります。その要点は、構成元素の多種化により生じる高い配置のエントロピー効果による相の安定化を上手に利用し、新しい材料特性を創発しようというものであります。中でも申請者は、ハイエントロピー効果により安定化された不規則構造の中に生じる「原子分布の偏り」の影響に興味を持っております。本研究計画では、中性子・放射光実験により原子分布の偏りの有無を明らかにし、サブナノメートルスケールの原子分布の偏りと材料特性の相関の検証をいたします。

Outline of Annual Research Achievements

中エントロピー合金TrCoNi（Tr=Cr, Mn）において，具体的にどのような安定相・準安定相が存在するのかや，短距離秩序から長距離秩序への発展の詳細はわかっていなかった。昨年度までの研究により当該合金中において発見された散漫散乱を足掛かりに，短距離規則化とその熱処理効果が調べられた。中性子実験の結果，CrCoNi試料では短距離規則化の兆候は依然見られず，一方のMnCoNi試料においては明らかな散漫散乱の発達が観測された。長時間焼鈍試料においては，わずかながらブラッグ反射の分裂が観測され，立方晶からの対称性の低下が明らかとなった。400℃の長時間焼鈍の場合，相関長は時定数40時間程度の指数関数に従って，4nm程度まで発達することが明らかとなった。観測された対称性の低下はL10型の規則化によるもので，恐らくNiMn原子対の偏りが駆動力となっていることが推察された。また両合金の規則化傾向の違いは，低温の原子拡散率や，規則化温度の違いとして解釈できることを指摘した。
同様なミディアムエントロピー合金に対して，X線吸収端微細構造（EXAFS）解析が行われ，構成元素周りの局所構造が調べられた。実験結果を詳細に分析した結果，EXAFSスペクトルは不規則構造モデルによって概ね再現されることがわかった。回折実験から評価された平均構造からのずれを平均二乗相対変位の値から評価した。MnCoNiにおいて観測された比較的大きな平均二乗相対変位は，回折実験によって観測されたL10型の規則化に起因すると解釈された。またCrCoNi合金の平均二乗相対変位は，過去に示された第一原理計算結果と比較して小さいことが明らかとなり，その解釈として，結合状態の変化（共有結合性）に起因する可能性を示した。これらの結果は論文に纏められ，一方は査読中，他方は近日中に投稿予定となっている。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Anomalous Thermal Expansion in a CuAl2-type Superconductor CoZr2 (2022)
  • Author(s): Mizuguchi Yoshikazu、Kasem Md. Riad、Ikeda Yoichi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Issue: 10 Pages: 103601-103601
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.103601
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Superconductivity of high-entropy-alloy-type transition-metal zirconide (Fe,Co,Ni,Cu,Ga)Zr₂ (2022)
  • Author(s): Kasem Md Riad、Arima Hiroto、Ikeda Yoichi、Yamashita Aichi、Mizuguchi Yoshikazu
  • Journal Title: Journal of Physics: Materials Volume: 5 Issue: 4 Pages: 045001-045001
  • DOI: 10.1088/2515-7639/ac8e34
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SrV_0.3Fe_0.7O_2.8: A Vacancy-Ordered Fe-Based Perovskite Exhibiting Room-Temperature Magnetoresistance (2022)
  • Author(s): Nagase Teppei、Nishikubo Takumi、Fukuda Masayuki、Sakai Yuki、Shigematsu Kei、Ikeda Yoichi、Nambu Yusuke、Zhang Qiang、Matsuda Masaaki、Mibu Ko、Azuma Masaki、Yamamoto Takafumi
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 61 Issue: 24 Pages: 8987-8991
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c01137
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Relation between the lattice volume and characteristic temperatures in Yb-based multiorbital Kondo systems (R,Yb)Rh2Zn20 (R = Sc, Lu, and Y) (2022)
  • Author(s): Takafumi Kitazawa, Yoichi Ikeda, Yusei Shimizu, Akira Matsuo, Minoru Yamashita, Koichi Kindo, Masaki Fujita
  • Journal Title: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29); JPS Conference Proceedings (2022, accepted) Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystalline Electric Field Level Scheme of Non-centrosymmetric CeRhSi3 and CeIrSi3 (2021)
  • Author(s): Ueta Daichi、Kobuke Tomohiro、Shibata Hiroki、Yoshida Masahiro、Ikeda Yoichi、Itoh Shinichi、Yokoo Tetsuya、Masuda Takatsugu、Yoshizawa Hideki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 90 Issue: 10 Pages: 104706-104706
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.104706
  • NAID: 40022710311
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Complex Magnetic Phase Diagram in the Non-Centrosymmetric Compound CePtSi3 (2021)
  • Author(s): Ueta Daichi、Yoshida Masahiro、Kobuke Tomohiro、Ikeda Yoichi、Masuda Takatsugu、Yoshizawa Hideki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 90 Issue: 6 Pages: 064712-064712
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.064712
  • NAID: 40022591376
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamical studies in condensed matter on High Resolution Chopper Spectrometer (HRC) - 2nd phase of HRC project - (2021)
  • Author(s): S. Itoh, T. Masuda, T. Yokoo, H. Yoshizawa, M. Soda, S. Asai, Y. Ikeda, S. Ibuka, M. Yoshida, T. Hawai, H. Saito, D. Kawana, R. Sugiura, T. Asami, Y. Ihata
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 33 Pages: 011058-011058
  • DOI: 10.7566/jpscp.33.011058
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Oval-cycloidal Magnetic Structure with Phase-shift in the Non-centrosymmetric Tetragonal Compound CePdSi3 (2021)
  • Author(s): Ueta Daichi、Yoshida Masahiro、Kobuke Tomohiro、Ikeda Yoichi、Nakao Akiko、Moyoshi Taketo、Munakata Koji、Liu Yaohua、Masuda Takatsugu、Yoshizawa Hideki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 90 Issue: 11 Pages: 114702-114702
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.114702
  • NAID: 210000159393
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 量子ビームによるミディアムエントロピー合金中の短範囲規則化の探索 (2023)
  • Author(s): 池田陽一
  • Organizer: 日本金属学会 第172回講演大会，（S1.ハイエントロピー合金の材料科学IX（2）；S1.9）2023年03月09日．
• [Presentation] 擬縮重を持つ Yb 希薄系(Lu,Yb)Rh2Zn20のパルス強磁場磁化測定 (2023)
  • Author(s): 北澤崇文,池田陽一,松尾晶,金道浩一,藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2023春季大会、2023年3月23日.
• [Presentation] キラル磁性体YbNi3Al9の結晶場状態の決定と物性の解析 (2023)
  • Author(s): 塚越舜，岸田卓，倉内憲伸，伊藤大地，久保光野，松村武 ，池田陽一，中島翔太，大原繁男
  • Organizer: 日本物理学会2023春季大会、2023年3月23日.
• [Presentation] 中性子回折装置 HERMESの現状 (2022)
  • Author(s): 池田陽一
  • Organizer: 日本中性子科学会 第22回年会（S3 装置担当者シンポジウム（主に固体化学・材料），2022年10月26日(水)～28日(金)．
  • Invited
• [Presentation] 東北大学中性子散乱分光器 6G TOPAN の 2022 年 (2022)
  • Author(s): 池田 陽一，大河原 学，高田 秀佐，南部 雄亮，谷口 貴紀，藤田 全基，岩佐 和晃
  • Organizer: 日本中性子科学会 第22回年会（P87），2022年10月26日(水)～28日(金)．
• [Presentation] 中性子回折実験によるミディアムエントロピー合金MnCoNiにおける短距離規則化に対する焼鈍効果の観察 (2022)
  • Author(s): 梅本 好日古，池田 陽一，藤田 全基
  • Organizer: 日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会（S1.56），2022年9月20日(火) ～9月23日.
• [Presentation] 擬縮重近藤合金(Lu,Yb)Rh2Zn2の強磁場比熱測定 (2022)
  • Author(s): 北澤崇文, 池田陽一, 松尾晶, 金道浩一, 藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会、2022年9月12日~15日.
• [Presentation] 中性子回折によるミディアムエントロピー合金の短距離規則化の観察 (2022)
  • Author(s): 池田陽一，梅本好日古，藤田全基
  • Organizer: 第142回金属材料研究所講演会
• [Presentation] 新規キタエフ模型候補物質 CaCo2TeO6 の磁気構造 (2022)
  • Author(s): 浅井 晋一郎，原口 裕哉，香取 浩子，池田 陽一，益田 隆嗣
  • Organizer: 日本中性子科学会 第22回年会（P08），2022年10月26日(水)～28日(金)．
• [Presentation] 鉄マンガン基恒弾性合金における弾性率のソフト化異常とマルテンサイト相分率に対する鉄-マンガンおよび鉄-モリブデン置換の影響 (2022)
  • Author(s): 梅本 好日古，池田 陽一，林 智紀，市坪 哲，藤田 全基
  • Organizer: 日本金属学会春季大会，2022/3/15-17
• [Presentation] 東北大学中性子散乱分光器6G-TOPANの2021年 (2021)
  • Author(s): 池田陽一，大河原学，谷口貴紀，南部雄亮，岩佐和晃，藤田全基
  • Organizer: 21回日本中性子科学会年会、京都大学（オンライン開催）、2021.12.01-03.
• [Presentation] 広域 X 線吸収端微細構造解析によるチタン中に添加された 4d 遷移金属周りの局所的原子変位の観測 (2021)
  • Author(s): 池田陽一, 松村大樹, 辻卓也, 梅本好日古, 橋本勇輝, 北澤崇文, 藤田全基
  • Organizer: 第141回金研講演会（ハイブリット開催、仙台）、2021.11.31-12.01
• [Presentation] Elinvar Characteristics on FeMn-Based Alloys Studied by Electromagnetic Acoustic Resonance Measurement (2021)
  • Author(s): Y Umemoto, Y Ikeda, T Hayashi, T Ichitsubo, M Fujita
  • Organizer: MRM2021, December 13-17, 2021, Yokohama, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マンガンおよびモリブデン量が鉄マンガン基恒弾性合金の低温弾性率に与える影響 (2021)
  • Author(s): 梅本 好日古，池田 陽一，林 智紀，市坪 哲，藤田 全基
  • Organizer: 第140回金研講演会 2021. 05. 26.
• [Presentation] 中性子小角散乱法による鉄マンガン基恒弾性合金におけるメゾスコピック構造の観察 (2021)
  • Author(s): 梅本 好日古，池田 陽一，大石 一城，河村 幸彦，廣井 孝介，藤田 全基
  • Organizer: 日本金属学会秋季大会， 2021.09.14-17, ONLINE, P132
• [Presentation] 鉄マンガン基恒弾性合金に対する電磁超音波共鳴法を用いた弾性率測定 (2021)
  • Author(s): 梅本 好日古，池田 陽一，林 智紀，市坪 哲，藤田 全基
  • Organizer: 第141回金研講演会，2021.11.31-12.01.
• [Presentation] 鉄マンガン基恒弾性合金におけるフォノンの非線形異常とメゾスコピック構造の関係 (2021)
  • Author(s): 梅本 好日古，池田 陽一，大石 一城，河村 幸彦，廣井 孝介，藤田 全基
  • Organizer: 021年度中性子科学会年会, 2021.12.01, ONLINE, P2-13A
• [Presentation] 量子ビーム実験から観たミディアムエントロピー合金の局所構造 (2021)
  • Author(s): 池田陽一, 松村大樹, 辻卓也，本田孝志，池田一貴，大友季哉，梅本好日古，藤田全基
  • Organizer: 第140回金研講演会 2021. 05. 26.
• [Presentation] 中性子全散乱法によるミディアムエントロピー合金TrCoNi(Tr = Cr, Mn and Fe)の局所構造解析 (2021)
  • Author(s): 池田陽一、本田孝志、池田一貴、大友季哉、藤田全基
  • Organizer: 2021年春期講演大会(S4.13).
• [Presentation] 重い電子系超伝導体CeNiGe3に対する圧力下単結晶中性子回折実験 (2021)
  • Author(s): 橋本勇輝、池田陽一、宗像孝司、鬼柳亮嗣、藤田全基
  • Organizer: 第140回金研講演会 2021. 05. 26.
• [Presentation] 圧力下単結晶中性子回折実験による重い電子系超伝導体CeNiGe3の研究 (2021)
  • Author(s): 橋本勇輝、池田陽一、北澤崇文、宗像孝司、鬼柳亮嗣、大原高志、藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会 2021. 09.21.
• [Presentation] イルメナイト型CoVO3におけるV-V結合と磁性 (2021)
  • Author(s): 上山幸子, 山本孟, 池田陽一, 山田幾也, 中村崇司, 木村宏之
  • Organizer: 第21回日本中性子科学会年会、京都大学（オンライン開催）、2021.12.01-03.