原子間の結合に着目したＸ線吸収分光法による鉄合金の熱膨張抑制機構の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05518
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 石松 直樹 広島大学, 理学研究科, 助教 (70343291)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: インバー合金 / X線吸収スペクトル / 磁気体積効果 / 高圧力

研究実績の概要

本研究はX線吸収分光によりボンド長と結合ポテンシャルの圧力変化を元素選択的に決定することで，Fe-Ni合金での熱膨張が抑制される機構の解明を目的とする．令和元年度は，放射光施設SPring-8で測定した実験結果の解析を推し進め，得られた成果を第一報として論文(HPR 誌に掲載：doi:10.1080/08957959.2019.1702174)にまとめた．この論文では，Fe-Niインバー合金においてFe周りの最近接原子間距離がNi周りの距離と比べて長く，しかし加圧するとその差が縮まることを明瞭なデータと共に報告した．Fe周りの柔らかな体積弾性率は負の熱膨張物質として知られるFe-Pt合金でも見られることも指摘した．また，Fe周りのデバイワラー因子はNiと比較して大きく，どちらも加圧で急激に抑制されることも報告した．またこの論文以外の仕事として，逆モンテカルロシミュレーションによるデータ解析を昨年度から継続した．その結果，３次元的なFeとNiのネットワーク構造（合金構造）の可視化を実現した．得られた合金では，通常の解析では難しいFe-Fe，Fe-Ni，Ni-Ni原子対を分離した解析に成功し，Fe-Fe原子対が他と比べて伸びていることを直接決定できた．この結果はインバー合金で指摘された大きな磁気体積効果が主にFe-Fe原子対の伸長として現れることを意味する．現在，この成果を新たな論文としてまとめている．なお令和元年度は，この課題で得られた成果を国内学会や国際会議で２件発表している．

研究成果

• [雑誌論文] Element-selective elastic properties of Fe65Ni35 Invar alloy and Fe72Pt28 alloy studied by extended X-ray absorption fine structure (2020)
  • 著者名/発表者名: Kousa M., Iwasaki S., Ishimatsu N., Kawamura N., Nomura R., Kakizawa S., Mizumaki M., Sumiya H., Irifune T.
  • 雑誌名: High Pressure Res. 巻: 40 ページ: 130-139
  • DOI: 10.1080/08957959.2019.1702175
  • 査読あり
• [雑誌論文] An application of NPD to double-stage diamond anvil cells: XAS spectra of rhenium metal under high pressures above 300 GPa (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuramochi K., Ishimatsu N., Sakai T., Kawamura N., Irifune T.
  • 雑誌名: High Pressure Res. 巻: 40 ページ: 119-129
  • DOI: 10.1080/08957959.2019.1702174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-Induced Collapse of the Guest Eu Off-Centering in Type-I Clathrate Eu8Ga16Ge30 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishimatsu N., Yokoyama K., Onimaru T., Takabatake T., Suekuni K., Kawamura N., Tsutsui S., Mizumaki M., Ina T., Watanuki T., Cuartero V., Mathon O., Pascarelli S., Nishibori E., Irifune T
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 88 ページ: 114601/1-9
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.114601
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Element Selective Compressibility of Fe65Ni35 Invar Alloy and Fe72Pt28 Alloy Studied by EXAFS (2019)
  • 著者名/発表者名: Miu Kousa, Shun Iwasaki, and Naoki Ishimatsu
  • 学会等名: The 2019 Korea-Japan Student Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] EXAFSによるFe-Niインバー合金の元素選択的な圧縮曲線の比較 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩崎駿，甲佐美宇，石松直樹，河村直己，水牧仁一朗，野村龍一，柿澤翔，入舩徹男，角谷均
  • 学会等名: 第22回XAFS討論会