2次元準結晶の電子状態に関する研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452054
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 竹内 伸 東京大学, 物性研究所, 教授 (60013512)
• 研究分担者: 鈴木 邦夫 東京大学, 物性研究所, 助手 (50107439) ; 枝川 圭一 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (20223654) ; 前田 康二 東京大学, 工学部, 教授 (10107443)
• キーワード: 準結晶 / 正10角形相 / 電子状態 / 走査トンネル顕微鏡 / 電子の局在

研究概要

1.Al_<75>Pd_<15>Fe_<10>およびAl_<74>Co_<26>の二つの合金系について格子定数が2〜3nmの正10角形相近似結晶を作成し、その電気抵抗の異方性を測定した。その結果は、これまで測定された何種類かの正10角形相準結晶の異方性と基本的に同じで、周期方向の電気抵抗は金属的であるのに対し、(擬)準結晶面内の電気抵抗は約1桁大きく温度依存性は非常に小さかった。この結果は、藤原らによる我々が測定したものと同じ近似結晶に関する理論的研究の結果とよく合致しており、フェルミレベル近くの電子が、(擬)10角対称面内では10回対称のクラスターコラムに局在し、分散の極めて小さいバンドを形成して有効質量が非常に大きくなることがこの面内の電気伝導に反映していると結論できる。
2.走査トンネル顕微鏡(STM)に試料表面洗浄用のアルゴンイオンスパッター装置を設置して、試料表面処理の準備を行った。試料として、アーク溶解法で作成したAl_<70>Co_<15>Ni_<15>母合金をグラファイトるつぼ上で1150°Cで再溶解したのち900°Cまで10K/hの極めて遅い冷却速度で冷却凝固することによって、径が1mm長さ数mmの正10角形相単準結晶を作成した。準結晶面を研磨後、試料ステージにセットして、STMチェンバー内で試料表面をスパータ処理後600°C程度に加熱処理して清浄表面を作成した。定電流マッピングを行った所、数mm間隔の不規則なパターンが観測された。それは、理論的に求められているフェルミレベル近くの電子密度の局在分布とよく対応しており、準結晶における局在電子状態が始めて直接観察されたものである可能性がある。STM像の解釈については今後再に検討を続ける。

研究成果

• [文献書誌] K.Edagawa: "Order-disorder Transformation in an Al-Ni-Co Decagonal Quasicrystal" Philosophical Magazine Letters. 69. 227-234 (1994)
• [文献書誌] S.Takeuchi: "Physical Properties of Quasicrystals-An Experimental Review-" Materials Science Forum. 150/151. 35-52 (1994)
• [文献書誌] T.Tei-Ohkawa: "Model Structures of Decagonal Quasicrystals and Comparison with Experiments" Materials Science Forum. 150/151. 287-296 (1994)
• [文献書誌] T.Tei-Ohkawa: "Atomic Packing Geometries and Lattice Properties of a Model Decagonal Phase" Materials Science & Engineering A. 181/182. 833-836 (1994)
• [文献書誌] 竹内伸: "「準結晶」という新秩序物質とその物性" PETROTECH. 17. 556-561 (1994)
• [文献書誌] K.Edagawa: "Ordered and Disordered Phases in Al-Ni-Co Decagonal Quasicrystals" Physical Review B. 50. 12413-12420 (1994)
• [文献書誌] T.Shibuya: "Anisotropic Electrical Resistivity in an Al-Pd-Fe Decagonal Approximant Phase" "Quasicrystals" (World Scientific,Singapore). (1995)
• [文献書誌] K.Edagawa: "Superlattice Ordering in Al-Ni-Co Decagonal Quasicrystal" "Quasicrystals" (World Scientific,Singapore). (1995)
• [文献書誌] K.Edagawa: "HRTEM Study of Order-Disorder Structural Transformation in Al-Ni-Co Decagonal Quasicrystal" "Aperiodic'94" (World Scientific,Singapore). 351-355 (1995)
• [文献書誌] K.Edagawa: "Formation of Al-Ni-Co Decagonal Quasicrystals and Their Structure and Electrical Resistivity" "Advances in Physical Metallurgy" (Gordon & Breach). 96-103 (1996)