Pressure-induced phase transitions in the Cd-Yb periodic approximant to a quasicrystal

Cd-Yb合金近似結晶の多様な圧力誘起相転移

綿貫 徹; 町田 晃彦; 池田 智宏*; 青木 勝敏; 金子 洋; 菖蒲 敬久  ; 佐藤 卓*; Tsai, A. P.*

Watanuki, Tetsu; Machida, Akihiko; Ikeda, Tomohiro*; Aoki, Katsutoshi; Kaneko, Hiroshi; Shobu, Takahisa; Sato, Taku*; Tsai, A. P.*

Cd-Yb合金近似結晶の温度圧力平面上での相転移研究は周期系と準周期系との比較研究をするうえで重要な位置を占める。合金は原子クラスターの集合体として構成されているが、クラスター最内部のカドミウム4面体が温度圧力に応じて多様な配向秩序を見せることが明らかとなった。圧力5.2万気圧まで、温度10-300Kの間に5種類もの配向秩序相が出現した。秩序の伝播方向は、加圧すると約1万気圧で[110]方向から[111]方向へと変わり、さらに加圧し4万気圧程度で再び[110]に戻ることもわかった。一方、約1万気圧以上の圧力領域では冷却により2段階の相転移を起こすことも明らかとなった。常圧ではカドミウム4面体間に短距離的な相互作用しか働かないのに対して、1万気圧以上の高圧領域ではより遠くのカドミウム4面体間同士でも働く長距離的な相互作用が出現することによってこのような複雑な相転移が起こることが明らかとなった。

The phase study of a Cd-Yb 1/1 approximant crystal over a wide pressure and temperature range is crucial for the comparison study between periodic and quasi-periodic crystals. The Cd4 tetrahedra, the most inner part of the atomic clusters, exhibited various structural ordering in the orientation sensitive to pressure and temperature. Five ordered phases appeared in a P-T span up to 5.2 GPa and down to 10K. The propagation direction of ordering alternated from [110] to 111 at about 1.0 GPa and again to [110] at 3.5-4.3 GPa. The primarily ordered phases that appeared by cooling to 210-250K between 1-5.2 GPa further transformed to finely ordered ones at 120-155K. In addition to the original short-range type interaction, a long-range type interaction was likely developed under pressure to lead to the primary ordering of Cd4 tetrahedra. Coexistence of the two different type interactions is responsible for the complicated phase behavior.