平 成 18 年 4 月 4 日
独立行政法人
日本原子力研究開発機構
 
低温高圧下のCd-Yb合金で多くのパターンの原子配置転換現象を観測
-準結晶物質の謎の解明と新材料開発に突破口-

 
 独立行政法人日本原子力研究開発機構【理事長 殿塚猷一】(以下、「原子力機構」と言う)は、大型放射光施設SPring-8の放射光X線を用いて、カドミウム-イッテルビウム(Cd-Yb)合金1)において、合金内部に規則的に配列するカドミウムの原子団2)が、冷却および加圧することにより敏感に向きを変え、原子団同士が8種類ものパターンに及ぶ向きの揃え方を示すことを発見した。これは、準結晶3)物質群が新奇な(多様な)低温高圧特性を持ち得ることを示した世界初の成果である。通常、合金内部の原子配置は低温高圧下では固定されたままであるが、今回このように多様な変化を示したのは、この合金の「準結晶」に関連した特性が現れたことによると考えられ、合金内に新しいタイプの遠隔的な原子間作用(電子-格子相互作用4))が発生したことを示唆するものである。
 これは、原子力機構・量子ビーム応用研究部門・放射光高密度物質科学研究グループの綿貫徹研究員、東京大学物性研究所佐藤卓助教授、東北大学多元物質科学研究所蔡安邦教授らによる共同研究の成果である。

 1984年に発見された「準結晶」は、それまで知られていた結晶5)やアモルファス5)では考えられない物質で、結晶ではありえない5角形構造(5回対称性)を有している。固体物質の常識を覆したこの新物質群は、未だに謎が多く、その特性の解明は、基礎科学的にも、実用化面でも重要視されている。
 今回、原子力機構では、準結晶解析の鍵を握る「近似結晶6)」と呼ばれるCd-Yb合金単結晶について、−268℃〜常温、常圧〜5万気圧の低温高圧の温度圧力領域でSPring-8の放射光によるX線回折実験7)を実施した。その結果、合金内のカドミウム原子団が合計8種類もの配列パターンを示し、それらが温度圧力に応じて組み替わることを観測した。また、今回、隣以上に離れた位置にある原子団の間に働く遠隔的な作用(電子-格子相互作用)の存在が初めて明らかとなり、合金中を動き回る電子を介して働くと考えられるこの新作用によって、配列パターンの多様な変化が生じたことも判明した。

 今回の成果により、結晶でもアモルファスでもない第3の固体と言われる「準結晶」の特異な性質の解明、更には、今回、多様な変化を引起す原因としてその存在が示された新しいタイプの電子-格子相互作用を利用することにより、準結晶の触媒、磁性材料や熱電材料などの実用材料への応用8)研究の促進が期待される。
 本成果は、米国物理学会の学術誌"Physical Review Letters"の3月16日の電子版に掲載された。


 低温高圧下のCd-Yb合金で多くのパターンの原子配置転換現象を観測
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 用語解説

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