2023 Fiscal Year Research-status Report
Inter-element miscibility driven rearrangement from disordered to long-range ordered alloy structures
| Project/Area Number |
22K14554
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
松本 憲志 京都大学, 化学研究所, 特定助教 (30888954)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | 元素間相溶性 / 全率固溶型合金 / ナノ粒子 / 規則構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
固溶合金の規則合金化はその物理的・化学的特性を劇的に変化させる有効な手段である。ところが、全率固溶型合金、例えばCo-Pd合金に対する長距離にわたった規則構造化はいまだかつて達成されたことはない。そこで本研究では、全率固溶型合金であるCo-Pd合金系の長距離にわたった規則構造の形成を目的としている。
申請者は最近、FePd3合金にFeとは固溶できずPdとは固溶可能な第三元素を導入することで、前例のない規則構造の形成に成功しいる[1]。この固溶できない特徴を反映して、Feと導入元素が配位しない構造をとっていたため、CoPd3合金に対してもCoとは固溶できずPdとは固溶可能な第三元素を導入することで、導入元素とCoの原子位置が定まる、つまり規則構造の形成が可能と考えた。
Coとは固溶できずPdとは固溶可能な元素としてAuを選択しており、三元素が原子レベルに混合したナノ粒子の合成まで達成している。Co-Pd-Auの三元系相図をみると、Co-PdとPd-Auの二元系相図と同様に全組成で固溶型合金のみ形成可能であることが報告されているが、実際に合成した粒子ではCo-PdとPd-Auの二元系固溶型合金がクラスターサイズで混合したナノ粒子が形成されていることが分かった。目的としていた規則構造の形成には至っていないが、たしかにCoとAuが極力隣接するのを避けた構造を形成しており、元素間相溶性による結晶構造制御の可能性が確認された。
一方、規則構造を有するFePt合金に、高温下でのみPtと固溶可能なIrを導入したところ、L10型構造（Fe 1原子層とFePtIr固溶合金 1原子層の交互積層した構造）と新規構造（Fe 1原子層とFePtIr規則合金 1原子層の交互積層した構造）が得られることが分かった。また、この二つの相はPtとIrの配位数に違いがあり、元素間相溶性が原子レベルに配位環境を制御できることもわかってきた。
[1] K. Matsumoto et al., Nat. Commun. 2022, 13, 1047
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度は当初の予定通りCoPdAu合金系において、三元素が原子レベルで混合した規則構造の形成を目的としたが、実際にはCo-PdとPd-Auの二元系固溶型合金の相分離体が形成された。この現象についてはさらに計算や他の合金系においても検証していく必要はあるが、元素間相溶性が全率固溶型合金においても、結晶構造の制御因子になることがわかった。
今年度は異なる系としてFePt規則合金にFeとは固溶できるがPtとは固溶しにくいIrを導入したところ、L10型構造と新規構造を形成することができ、それぞれの相でPtとIrの配位数に違いがあることが分かった。更なる調査が必要ではあるが、元素間相溶性が形成相の配位環境を制御しうることが見出せたため、申請者が目的とする「全率固溶型合金の長距離にわたった規則構造の形成」に一歩前進したといえる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、Pd基合金系における新規結晶構造の形成が可能な条件について調べるために、全率固溶合金系以外の合金の合成にも挑戦する。
|
