Development of super high-density Cerium-based bulk metallic glasses

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14372
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
• Research Institution: Tokyo Gakugei University
• Principal Investigator: ZHAO Yong 東京学芸大学, 教育学部, 研究員 (20866230)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 金属ガラス / セリウム / 高密度ガラス

Outline of Final Research Achievements

Ce-based bulk metallic glasses with the slightly different purities of Ce atoms were studied by means of positron annihilation spectroscopy to highlight the high density glass region. It is found that the densely-packed Ce-agglomerated state in the amorphous matrix disappears upon employing the 0.38% lower purity of Ce and nanovoid is alternatively formed. The local structures susceptible to the purity of Ce atoms were explained based on the bonding nature of solvent Ce with the impurity elements of Al and Si together with hybrid interaction between Al-3p, Si-3p, and Ce-4f orbits.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属ガラスの高密度化は多岐にわたる分野への用途拡大が期待される反面，アモルファスという構造の特殊性から実現が困難である．ガラス中の高密度領域という概念すらも明確になっていなかった．セリウム系金属ガラスのガラスマトリックス中に高密度セリウムガラス領域のような第二のガラス状態の存在を実験的に明確にしたことは意義がある．特筆すべきは，主要なガラス構成元素であるセリウムの純度を僅か0.13重量パーセント変化させただけで，高密度セリウムガラス状態が発現，あるいは消滅することが示されたことである．本研究成果は学術的独創性が高いだけでなく，高密度化を視野に入れた材料設計の観点からも有望である．