放射光を利用した高分解能粉末回折によるペロブスカイト化合物の相転移のその場観察

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450267
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 八島 正知 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00239740)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 雅彦 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助手 (60249901) ; 佐々木 聡 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (10162364)
• Keywords: 放射光 / 粉末回折 / リートベルト解析 / 相転移 / ランダウ現象論 / 高温でのその場観察 / 高温構造物性 / 電子密度分布

Research Abstract

金属酸化物をドープしたLa_2Ti_3O_9化合物の相転移を、放射光粉末X線回折により研究した。粉末を充填した平板状試料を用いた。つくば市、高エネルギー加速器研究機構、放射光実験施設のビームライン3Aにて粉末回折実験を実施した。単色化した約1.38ÅのX線を用いた。入射角を一定にして、シンチレーションカウンターにより回折プロファイルを測定した。加熱温度は室温22℃から試料に依存して約450℃であった。アルミナや酸化ニオブをドープしたLa_2Ti_3O_9化合物は室温で斜方晶系(Pmmm)であり、a軸とb軸の長さに差があることによって生じる200と020反射の間のピークの分裂が観察された。この分裂の大きさは温度の上昇と共に小さくなり、ある温度で分裂は消失した。これは斜方から正方(P4/mmm)への相転移である。軸率b/a-1は温度の上昇と共に連続的に減少して1になった。べき乗則(b/a-1=C(1-T/Tc)^n)を適用した。ここでCは温度に依存しない定数、Tは、Tcは相転移温度、nは臨界指数である。実験データをこの式でフィッティングすることにより得られた臨界指数nは6.6〜0.7となり、典型的な二次相転移に対する値0.5よりも大きかった。このことはb/aが二次相転移よりもよりゆるやかに減少することを意味している。合わせて粉末X線回折データのリートベルト解析により、構造の精密化も行った。金属酸化物をドープしたLa_2Ti_3O_9化合物は二重ペロブスカイト型構造を有し、理想的なペロブスカイト型構造のAサイトにおいて、Laが高い濃度で充填したLa1サイトと、La濃度が低く欠陥濃度が高いLa2サイトが交互に並んだ構造を有していることがわかった。

Research Products

• [Publications] R.Ali, M.Yashima, M.Yoshimura, H.Yoshioka: "Crystal Structure Refinement of La_0.683(Ti_0.95Al_0.05)O_3 Perovskite by the Rietveld Method"J. Am. Ceram. Scc.. 84・2. 468-470 (2001)
• [Publications] H.Fujimori, M.Yashima, S.Sasaki, M.Kakihana, T.Mori, M.Tanaka, M.Yoshimura: "Internal Distortion in Ceria-Doped Hafnia Solid Solutions : High-Resolution X-Ray Diffraction and Raman Scattering"Phys. Rev. B. 64. 134104-1-134104-5 (2001)
• [Publications] H.Fuiimori, M.Yashima, S.Sasaki, M.Kakihana, T.Mori, M.Tanaka, M.Yoshimura: "Cubic-Tetragonal Phase Change of Yttria-Doped Hafnia Solid Solution : High-Resolution X-Ray Diffraction and Raman Scattering"Chem. Phys. Lett.. 346・3-4. 217-223 (2001)
• [Publications] R.Ali, M.Yashima, M.Tanaka, H.Yoshioka, T.Mori, S.Sasaki: "High-Temperature Synchrotron X-Ray Powder Diffraction Study of the Orthorhombic-Tetragonal Phase Transition in Lanthanum Titanate La_0.63(Ti_0.92, Nb_0.08)O_3"J. Solid State Chem.. 163(印刷中). (2002)
• [Publications] 八島正知, アリローション, 田中雅彦, 森丈晴, 佐々木聡: "放射光X線粉末回折による無機化合物の相変化の研究"岩石鉱物科学. 30・2. 95 (2001)
• [Publications] Masatomo Yashima: "Invited Talk : In situ observations of phase transition by high-temperature neutron and synchrotron X-ray diffraction"Extended Abstract of PacRim IV. No.4. 95 (2001)
• [Publications] M.YASHIMA, R.ALI, Y.HATOYAMA, M.TANAKA, T.MORI, S.SASAKI: "'Phase Change of Zr_0.868Y_0.132O_1.934 during Annealing at 1000℃' in Photon Factory Activity Report2000, Part B, User' s Report#18"High Energy Accelerator Reserch Organization, KEK. 1 (2001)
• [Publications] R.Ali, M.Yashima, S.Utsumi, H.Sugawara, K.Nakamura, Y.Fujioka, M.Tanaka, T.Mori, H.Yoshioka: "Study of structural phase transition of 10 mol %Nb-doped La_<2/3>Ti0_3 monitored by synchrotron X-ray power diffraction1000℃' in Photon Factory Activity Report2000, Part B, User' s Report#18"High Energy Accelerator Reserch Organization, KEK. 1 (2001)