共有結合性とイオン性をもつ液体金属の構造の圧力変化

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640372
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 辻 和彦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10114563)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 高典 慶應義塾大学, 理工学部, 助手 (10327687)
• Keywords: 液体金属 / 高圧力 / 放射光 / 構造 / X線回折

Research Abstract

液体に圧力を加えて体積を減少させると、原子間の距離が縮まり、相互作用が変化する。とくに、相互作用に共有結合性をもつ液体金属では、相互作用の距離依存性が著しい。そこで、本研究では種々のイオン性を持つIII-V化合物、II-VI化合物について液体の構造の圧力変化を調べ、結合のイオン性が液体の構造の圧力変化に及ぼす効果を調べることを目的とし、放射光を用いた高温高圧力下のX線回折実験を行った。
結合に共有結合性とイオン性をもつ液体GaSbの局所構造は、β-スズ型の結晶を歪ませたものと単純体心正方構造を歪ませたものを混合したもので二体分布関数g(r)を再現でき、加圧により単純体心正方構造的な部分の割合が増大した。これらのことから、液体GaSbの局所構造は、加圧により一様に収縮するのではなくて、より配位数の高い構造へ変化させながら収縮していくことがわかった。結合のイオン性がGaSbよりもやや大きいInSbでは、約10GPaにおいて液体の収縮機構の変化が見られた。10GPaまでは2体分布関数g(r)の第1ピークの位置は加圧によってもほとんど変化せず、第2ピークと第3ピークはそれぞれ異なる圧力係数で小さくなった。一方、10GPa以上ではこれら3つのピーク位置はほぼ体積の1/3乗に比例して小さくなった。これらの結果は液体の収縮機構が非一様収縮から一様収縮へと変化することを示している。液体CdTeでは、2GPaの前後で液体の構造が急激に著しく変化することが見出された。低圧相の液体の局所構造はZnS型構造に、高圧相はNaCl型に類似であることがわかった。この構造変化は結晶相での構造変化とほぼ同じであり、液体の構造変化が結晶相と著しく異なる液体Si, Ge, III-V化合物の結果と対照的である。この構造変化は結合におけるイオン性の影響であると考えられる。

Research Products

• [Publications] Yoshinori Katayama: "X-ray structural studies on elemental liquids under high pressures"J.Phys.; Condens.Matter. 15. 6085-6103 (2003)
• [Publications] Takanori Hattori: "Structural investigation on liquid GaSb at pressures up to 20 GPa"Phys.Rev.B. 68. 224106-1-224106-17 (2003)