準結晶中の転位

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650674
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 枝川 圭一 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20223654)
• キーワード: 準結晶 / 転位 / 機械的性質 / 塑性 / フェイゾン / 正20面体相 / 正10角形相

研究概要

準結晶中にはバーガース・ベクトルが4次元以上の高次元格子の並進ベクトルであるような転位を定義することができる。このような転位は、実空間の格子変位による通常の歪に加えて実空間に直交する補空間方向の格子変位による歪(フェイゾン歪)を伴う点で準結晶に固有な全く新しいタイプの構造欠陥である。本補助金によって、このような転位の性質を明らかにする目的で以下の研究を行った。まずAL-Pd-Mn系正20面体準結晶(i-Al-Pd-Mn)およびAl-Ni-Co正10角形準結晶(d-Al-Ni-Co)の塑性変形実験を行った。いずれも降伏後に準結晶に特徴的な加工軟化が観測された。熱活性化解析の結果、温度に依存する転位のdragging応力を仮定することにより種々の温度でのデータが統一的に解釈できることを示した。また準結晶中転位の動力学的性質に重要な役割を果たすフェイゾンの構造や性質を調べた。具体的には、i)STMによるフェイゾン欠陥の観察、ii)高温で導入される熱平衡フェイゾンの比熱測定による研究、iii)高温で動くフェイゾンを高温高分解能電顕その場観察法により調べる研究を行った。i)では、d-Al-Ni-Co正10角形準結晶中の凍結したフェイゾン欠陥の構造をSTMにより観察した。ii)では、i-Al-Pd-Mn、d-Al-Cu-Coの高温比熱をDSC法で測定した。500℃以上の高温で比熱の値がデュロン・プティの値である一原子当たり3k(kはボルツマン定数)からはずれて上昇し、800℃で5kに達した。このような異常な比熱の上昇はフェイゾンの熱的励起によると解釈できる。このときの比熱の上昇分からエントロピー変化を計算し、従来から行われている計算機シミュレーションの結果と比較検討した。iii)では高温でのフェイゾンのゆらぎを世界で初めて電子顕微鏡で直接観察することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] K.Kajiyama, et al.: "Thermal expansion of icosahedral Al-Pd-Mn and decagonal Al-Cu-Co quasicrystals"Phil. Mag. Lett.. 80. 49-56 (2000)
• [文献書誌] K.Edagawa, et al.: "Plasticity of Al-Ni-Co decagonal single quasicrystals"Mater. Sci. and Eng. A. 294-296. 748-752 (2000)
• [文献書誌] K.Edagawa, et al.: "High temperature specific heat of Al-Pd-Mn and Al-Cu-Co quasicrystals"Mater. Sci. and Eng. A. 294-296. 646-649 (2000)
• [文献書誌] K.Edagawa, et al.: "High resolution transmission electron microscpoy observation of thermally fluctuating phasons in decagonal Al-Cu-Co"Phys. Rev. Lett.. 85. 1674-1677 (2000)
• [文献書誌] 枝川 圭一: "準結晶の力学物性"まてりあ. 39. 658-663 (2000)
• [文献書誌] S. Takeuchi, et al.: "Deformation mechanism of quasicrystals"Mater. Sci. and Eng. A. 319. 93-96 (2001)
• [文献書誌] K.Saito, et al.: "Transmission electron microscopy and atomic force microscopy studies of an Al-Pd-Mn thin film prepared by a combined technique"Jpn. J. of Appl. Phys.. 40. 4136-4140 (2001)
• [文献書誌] K.Edagawa, et al.: "High-temperature specific heat of quasicrystals and a crystal approximant"Mater. Sci. and Eng. A. 312. 293-298 (2001)
• [文献書誌] K.Edagawa: "Dislocations in quasicrystals"Mater. Sci. and Eng. A. 309. 528-538 (2001)
• [文献書誌] R.Tamura, et al.: "Dislocation and shear strength of model quasiperiodic lattice"Mater. Sci. and Eng. A. 309. 552-556 (2001)
• [文献書誌] E.Kabutoya, et al.: "Plastic deformation of icosahedral Al-Pd-Mn single quasicrystals to large strains-I. Experiments"Phil. Mag. A. 82. 369-377 (2002)
• [文献書誌] S.Takeuchi, et al.: "Plastic deformation of icosahedral Al-Pd-Mn single quasicrystals to large strains-I. Deformation mechanism"Phil. Mag. A. 82. 379-385 (2002)
• [文献書誌] M.Kishida, et al.: "Scanning tunneling microscopy of an Al-Ni-Co decagonal quasicrystal"Phys. Rev. B. 65. 094208 (2002)