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液体・気体超臨界条件を実現することによって、液体から気体へと密度を約1000分の1まで連続的にかつ大幅に減少させることができる。この方法は平均原子間距離を10倍まで拡げることを可能にする唯一の方法であり、この過程で物性は大きく変化する。代表的な液体金属である水銀(臨界温度圧力:1478℃1673気圧)は密度が13.55から9gcm^<-3>まで減少したとき、金属から非金属への転移を起こす。この転移に伴い、ミクロに見た原子配列がどのように変化するかを調べることは非常に興味深く、また転移の機構を解明する上で不可欠である。
前年度に、1700℃2000気圧までの高温高圧下でX線回折測定が可能な超高張力鋼製の内熱型高圧容器と単結晶サファイア製の試料容器を考案作成し、1530℃1980気圧までの温度圧力範囲(13.55〜6.8gcm^<-3>までの密度範囲)で、新しい手法によるエネルギー分散型のX線回折測定に成功した。その結果、密度が10gcm^<-3>以上の水銀が金属的性質を示す領域では、最近接原子間距離r_1が一定で配位数N_1が大きく減少するという不均質な膨張をすることがわかった。また、金属一非金属転移領域に入るとN_1の減少の仕方が緩慢になり、それとともにr_1は増加し始めることがわかった。
本年度は新たな高電圧X線発生源の導入(東レ科学振興会助成金による。)により、測定精度の飛躍的向上が得られた。また、さらに臨界点を迂回して気体領域に入り、密度がさらに小さくなったときに、水銀はどのように膨張してゆくのかを調べるために、3.5〜1.5gcm^<-3>までの高密度気体領域のX線回折測定を行った。その結果、干渉関数S(k)の第一ピークの位置が密度の減少とともに大きく低波数側ヘシフトすることがわかった。詳細については現在解析中である。
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