陽電子消滅法と3次元アトムプローブ法の併用によるナノクラスター形成機構の解明

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360330
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 永井 康介 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (10302209)
• 研究分担者: 長谷川 雅幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80005975) ; 唐 政 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80271972) ; 井上 耕治 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50344718) ; 畠山 賢彦 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30375109) ; 宝野 和博 独立行政法人, 物質・材料研究機構・材料研究所, グループディレクター (60229151)
• キーワード: 陽電子消滅 / 3次元アトムプローブ / ナノクラスター / 空孔-溶質複合体

研究概要

本研究は、陽電子消滅法と3次元アトムプローブ(3DAP)法を組み合わせることによって、従来の手法では不明であった、材料中のナノクラスターの形成機構、特に、空孔-溶質複合体の形成、その移動によるクラスター形成過程を解明することが目的である。
今年度は、Al-Ag2元系合金中に生成する溶質ナノクラスターの電子構造、さらにクラスター中の溶質濃度を主として陽電子消滅法により明らかにした。試料は、単結晶Al-2.0at%AgおよびAl-6.2at%Zn合金を用いた。焼き入れ後に適当な熱時効を行い、マトリックスAlにコヒーレントなAgナノクラスターを作製した。陽電子は合金試料中のAgナノクラスターに捕獲(陽電子親和性捕獲)されることが、同時計数ドップラー広がり測定によってわかった。そこで、陽電子消滅2次元角相関(2D-ACAR)測定を行い、クラスターの電子構造(フェルミ面)を明らかにした。Al-Ag合金(すなわちAgナノクラスター)の2D-ACARは、純Agとは全く異なる異方性を示した。Al原子の混入によって純Agの場合よりもFermi球が大きくなり、FCC構造の第一ブリリュウアンゾーンのL点付近のネックの寸法が大きくなるだけでなく、X点にもネックが生じたと解釈できた。これは、AgナノクラスターにはマトリックスのAl原子が25%程度混入していることに対応する。
ナノクラスターの数密度を定量評価するためには、陽電子の析出物に対する感度を知る必要がある。そこで、今年度は、低速陽電子ビームを用いて陽電子の拡散定数の測定も行った(この測定のため、低速陽電子ビーム高温測定用試料チェンバ、ターボポンプを購入した)。Feに対する陽電子の拡散定数の温度依存性を調べたところ、高温ほど拡散定数が大きくなることがわかった。これはFe中の不純物散乱による効果が大きいことを示唆している。

研究成果

• [雑誌論文] Irradiation Induced Vacancy and Cu Aggregations in Fe-Cu Model Alloys of Reactor Pressure Vessel Steels: State-of-the-Art Positron Annihilation Spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Hasegawa et al.
  • 雑誌名: Phil.Mag. (掲載受理済)
• [雑誌論文] Self-Energy Correction to Momentum-Density Distribution of Positron-Electron Pairs (2005)
  • 著者名/発表者名: Z.Tang et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. (掲載受理済)
• [雑誌論文] First-Principle Calculation of Positron Annihilation Characteristic in Solids : From Positron to Positronium (2004)
  • 著者名/発表者名: Z.Tang et al.
  • 雑誌名: Material Science Forum 445-446 ページ: 390-394
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Irradiation-Enhanced Cu-Precipitation in Fe-Cu Alloys Studied by Positron Annihilation Spectroscopy and Electrical Resistivity Measurement (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Onitsuka et al.
  • 雑誌名: Material Science Forum 445-446 ページ: 168-170
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Vacancy-Solute Binding Energies in Aluminum by Positron Annihilation (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Ohkubo et al.
  • 雑誌名: Material Science Forum 445-446 ページ: 165-167
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Embedded Ultrafine Clusters Investigation by Coincidence Doppler Broadening Spectroscopy (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagai et al.
  • 雑誌名: Material Science Forum 445-446 ページ: 11-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Irradiation-Induced Defects and Cu Precipitates in Ternary Fe-Based Model Alloys for Nuclear Reactor Pressure Vessel Steels Studied by Positron Annihilation and 3D Atom Probe (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Toyama et al.
  • 雑誌名: Material Science Forum 445-446 ページ: 195-197
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Electronic Structure of Nanosized bcc Cu Precipitates in Fe-Cu Alloys Studied by Positron 2D-ACAR (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Chiba et al.
  • 雑誌名: Material Science Forum 445-446 ページ: 380-384
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Search for Positron Trapping at Quantum-Dot Like Cu Nano Particles on the Surface of Fe Using Positron Annihilation Induced Auger Electron Spectroscopy(PAES) (2004)
  • 著者名/発表者名: Manori P.Nadesalingam et al.
  • 雑誌名: Material Science Forum 445-446 ページ: 156-158
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Coincidence Doppler broadening and 3DAP study of the pre-precipitation stage of an Al-Li-Cu-Mg-Ag alloy (2004)
  • 著者名/発表者名: Honma et al.
  • 雑誌名: Acta Materialia 52 ページ: 1997-2003
• [雑誌論文] Irradiation Induced Vacancy-Cu Aggregations in Fe-Cu and Fe-Cu-Ni Model Alloys of Reactor Pressure Vessel Steels Studied by Positron Annihilation (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagai et al.
  • 雑誌名: Effect of Radiation on Materials, ASTM STP 1447,M.L.Grossbeck, Ed.,ASTM International, West Conshohocken, PA ASTM STP1447 ページ: 590-602