新しい構造タイプに属する平衡相正20面体準結晶の探索と構造・電子物性の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350336
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 石政 勉 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10135270)
• 研究分担者: 松尾 進 名古屋大学, 情報文化学部, 教授 (10023293)
• キーワード: 準結晶 / 正20面体相 / 平衡相 / Zn基合金 / Cu基合金 / 高完全性 / P型

研究概要

2000年に蔡らが見いだしたCd-Yb準結晶は、Bergman型ともMackay型とも異なる新しい原子集団を基本構造として含んでいた。我々の研究グループでは、2001年にCd-Ybと同型の準結晶をZn-Mg-Sc合金で発見した。本研究ではZn-Mg-Sc準結晶の形成条件を詳細に調べて単相試料を作製し、磁性測定を実施した。また、この準結晶のScをTiで置き換えたり、ZnをCuとGaで置き換えることによって2種類の新準結晶を発見した。特に、後者は、今まで準結晶が形成されるとは思われていなかったCuを基とする合金であり、重要な意味を持っている。
(1)Zn_<81>Mg_4Sc_<15>の合金組成で形成される正20面体準結晶は、平衡相として形成され、高い構造完全性を持つP型(単純型)である。従来のZn-Mg-希土類金属の準結晶は組成比60:30:10で形成され、F型(面心型)に分類される事とは対照的である。さらに、徐冷法でmmサイズの単準結晶が形成され、この相がcongruent meltingとして状態図上に存在することが明らかとなった。この準結晶の帯磁率は高温側で増加傾向を示し、他の安定準結晶と同様にフェルミエネルギー近傍に擬ギャップを持つ電子化合物と解釈された。
(2)(Zn_<84>Mg_9Ti_8)の合金組成で、Zn-Mg-Sc類似構造をもつ正20面体準結晶を発見した。この準結晶は、液相を急冷した後、490℃以下で時効処理すると形成されほぼ単相となる。しかし、系統的な熱処理実験の結果、この準結晶は準安定相であることが判明した。
(3)(Cu_<48>Ga_<34>Mg_3Sc_<15>)の組成において、初めてのCu基合金正20面体準結晶の形成を確認した。この準結晶は、770℃における長時間焼鈍によって形成されることから、この組成・温度における平衡相と解釈された。また、電子線回折実験とX線回折実験の結果は、この準結晶が高い構造完全性をもつP型であることを示していた。

研究成果

• [文献書誌] S.Matsuo, T.Ishimasa, H.Nakano: "Quasiperiodic long-range ferrimagnetic order in Ising model simulation in an icosahedral quasicrystal model structure"J. Mag. Mag. Mater.. 246. 223-232 (2002)
• [文献書誌] Y.Kaneko, R.Maezawa, H.Kaneko, T.Ishimasa: "Cu-based icosahedral quasicrystal formed in Cu-Ga-Mg-Sc alloy"Phil. Mag. Lett.. 82. 483-493 (2002)
• [文献書誌] Y.Kaneko, T.Ishimasa: "Millimeter-sized single icosahedral quasicrystal of Zn-Mg-Sc alloy"Jpn. J. Appl. Phys.. 41. L1112-L1115 (2002)
• [文献書誌] T.Ishimasa, Y.Kaneko, H.Kaneko: "A Zn-based icosahedral quasicrystal classified into the same structure typeas Cd-based icosahedral quasicrystals?"J. Alloys. Comp.. 342. 13-17 (2002)
• [文献書誌] T.Mizutani, H.Nakano, S.Kashimoto, Y.Takatani, M.Mori, T.Ishimasa, S.Matsuo: "Ten-fold-like Magnetic Anisotropy in Electrical Conductivity of Al-Pd-Mn Icosahedral Quasicrystal"J. Alloys. Comp.. 342. 360-364 (2002)
• [文献書誌] S.Kashimoto, S.Matsuo, H.Nakano, Y.Kaneko, T.Ishimasa, S.Matsuo: "Magnetic property of a Zn-Mg-Sc icosahedral quasicrystal"J. Alloys. Comp.. 342. 384-388 (2002)
• [文献書誌] S.Motomura, T.Ishimasa, I.Hirai, S.Kashimoto, H.Nakano, S.Matsuo: "Magnetic property of F2M-type Al-Pd-Mn quasicrystals"J. Alloys. Comp.. 342. 393-396 (2002)