Local Structure Analysis in High Entropy Alloys by Element Resolution of Synchrotron X-ray

• Project Area: High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity
• Project/Area Number: 21H00147
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 花咲 徳亮 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (70292761)
• 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 / 構造物性 / 放射光X線 / EXAFS / 放射光Ｘ線

Outline of Research at the Start

ハイエントロピー合金は、優れた強度・延性などから大きな期待が寄せられ、研究は盛り上がりを見せている。特性を向上させる上で微視的に構造を明らかにする事は重要である。放射光X線は、調べたい元素の吸収端にX線のエネルギーを調整すれば、その元素に着目して格子構造を調べられる所に特徴がある。そこで本研究では、EXAFS(広域X線吸収微細構造)などの測定により、本合金の局所的な格子構造や構成元素の特徴を明らかにし、優れた特性のメカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

多種類の元素が等しい比率で含まれるハイエントロピー合金は、優れた物性から近年注目を集めている。元素間相互作用によって局所的に格子が歪んでいると考えられ、力学特性等にも大きな影響を与える事が理論的に示唆されていた。回折実験では、格子の平均構造しか分からない。局所構造を調べるため、Cr、Mn、Fe、Co、Niなどの3d遷移金属からなる様々なfcc型のハイエントロピー合金/ミデイアムエントロピー合金で広域X線吸収微細構造（EXAFS）を測定した。各元素の吸収端における測定から、各元素周りの局所構造に関するデバイ・ワラー因子を見積もった。Crを含む合金では、いずれもCrのデバイ・ワラー因子が大きな値を取り、Niなど原子番号が比較的大きい元素は値が小さくなる事が分かった。この特徴は、測定したすべての合金について共通しており一般性があった。これは、Crが周囲の格子構造を乱すゲスト的な特徴を持つ元素であり、Niは周囲の格子構造と調和したホスト的な元素である事を示している。ハイエントロピー合金/ミデイアムエントロピー合金における第一原理計算によると、原子番号が小さくなるにつれて、原子変位量が大きくなっている事が示唆されている。原子変位が大きくなると、その元素周りの格子構造が局所的に乱れていくと考えられるが、本研究は得られた実験結果と傾向が一致していた。本研究により、Crを添加する事によって平均原子変位量が大きくなり力学特性が向上している事を実験で示唆する事ができ、特性の更なる向上に向けた物質開発指針を与えるものである。今後、原子変位の微視的機構を明らかにするため、電子論に立脚したより詳細な理論研究が必要になってくると考えられる。本研究で得られた結果をまとめて、日本結晶学会誌で解説記事を出版した。

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] Local Structure in Medium-Entropy Alloy CrCoNi Investigated by Measurement of Extended X-ray Absorption Fine Structure (2023)
  • Author(s): 花咲 徳亮
  • Journal Title: Nihon Kessho Gakkaishi Volume: 65 Issue: 3 Pages: 188-191
  • DOI: 10.5940/jcrsj.65.188
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • Year and Date: 2023-08-31
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Giant negative magnetoresistance in the layered semiconductor CeTe2-xSbx with variable magnetic polaron density (2023)
  • Author(s): H. Murakawa, Y. Nakaoka, K. Iwase, T. Kida, M. Hagiwara, H. Sakai, N. Hanasaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Issue: 16 Pages: 165138-165138
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.165138
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Variation of Landau level splitting in the Fermi level controlled Dirac metals <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>Eu</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Gd</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>MnBi</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math> (2023)
  • Author(s): Sakai H.、Nakagawa K.、Tsuruda K.、Shiogai J.、Akiba K.、Tokunaga M.、Kimura S.、Awaji S.、Tsukazaki A.、Murakawa H.、Hanasaki N.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Issue: 11 Pages: 115142-115142
  • DOI: 10.1103/physrevb.108.115142
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ferrimagnetic charge order in molecular conductors with diluted localized spins exhibiting enhanced giant magnetoresistance effect (2023)
  • Author(s): Ishii Ryuta、Uejo Misato、Watari Erina、Ikeda Mitsuo、Murakawa Hiroshi、Sakai Hideaki、Matsuda Masaki、Yoshioka Hideo、Tsuchiizu Masahisa、Hanasaki Noriaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 108 Issue: 20 Pages: 205114-205114
  • DOI: 10.1103/physrevb.108.205114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Field-tunable Weyl points and large anomalous Hall effect in the degenerate magnetic semiconductor EuMg2Bi2 (2023)
  • Author(s): Kondo M.、Ochi M.、Kurihara R.、Miyake A.、Yamasaki Y.、Tokunaga M.、Nakao H.、Kuroki K.、Kida T.、Hagiwara M.、Murakawa H.、Hanasaki N.、Sakai H.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.l121112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-plane anisotropic charge dynamics in the layered polar Dirac semimetal BaMnSb2 (2022)
  • Author(s): Yoshizawa H.、Sakai H.、Kondo M.、Ochi M.、Kuroki K.、Hanasaki N.、Fujioka J.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Issue: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.l241110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A giant negative magnetoresistance effect in semiconducting crystals composed of an octahedrally ligated phthalocyanine complex with high-spin manganese(III) (2022)
  • Author(s): Kosuke Mine, Masayuki Yamaguchi, Hiroshi Murakawa, Noriaki Hanasaki, and Masaki Matsuda
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 12 Issue: 28 Pages: 17944-17949
  • DOI: 10.1039/d2ra00188h
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reversible Insulator-Metal Transition by Chemical Doping and Dedoping of a Mott Insulator (2022)
  • Author(s): Ryota Teruya, Tetsu Sato, Masahiro Yamashita, Noriaki Hanasaki, Akira Ueda, and Masaki Matsuda
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 2022 Issue: 34
  • DOI: 10.1002/anie.202206428
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous Nernst effect in the nonmagnetic nodal-line semimetal PbTaSe2 (2022)
  • Author(s): K. Yokoi, H. Murakawa, H. Sakai, N. Hanasaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 106 Issue: 11 Pages: 115118-115118
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.115118
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 放射光を用いた fcc 型ハイエントロピー合金の局所構造の研究 (2024)
  • Author(s): 古谷大樹、花咲徳亮 、小田昌治、陳正昊、村川寛、酒井英明、仁谷浩明、阿部仁、佐賀山基、中尾裕則、乾晴行
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Local disorder and atomic displacement in medium entropy alloys (2023)
  • Author(s): N.Hanasaki, D.Furuya, M.Oda, Z.Chen, H.Murakawa, H.Sakai, H.Nitani, H.Abe, H.Sagayama, H.Nakao and H.Inui
  • Organizer: International Workshop on High Entropy Alloys
• [Presentation] fcc型ミディアムエントロピー合金の局所構造解析 (2022)
  • Author(s): 古谷大樹、花咲徳亮、陳正昊、村川寛、酒井英明、仁谷浩明、阿部仁、佐賀山基、中尾裕則、乾晴行
  • Organizer: 日本物理学会
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.hanasaki-lab.jp/
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www-gmr.phys.sci.osaka-u.ac.jp/