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Pressure-induced structural change from hexagonal to fcc metal lattice in scandium trihydride

スカンジウム3水素化物におけるhcp相からfcc-like相への圧力誘起構造変化

大村 彩子; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 中野 智志*; 竹村 謙一*

Omura, Ayako; Machida, Akihiko; Watanuki, Tetsu; Aoki, Katsutoshi; Nakano, Satoshi*; Takemura, Kenichi*

Scは同属のLa, Yと同様に水素化物を形成することが知られており、2水素化物(ScH$$_{2}$$)及び3水素化物(ScH$$_{3}$$)は過去に高温・高水素圧下で生成されている。ScH$$_{2}$$は蛍石型構造をとり金属状態であることが広く知られているが、ScH$$_{3}$$は大気圧下で不安定なため母体金属の構造以外はほとんど報告がなかった。そこで、われわれは高圧発生装置ダイヤモンドアンビルセルを用いて、高密度の流体水素とScを直接反応させて室温・高圧力下で水素化物を合成し、高圧力下でのSc水素化物のX線回折及び赤外分光を行った。合成したSc水素化物を加圧すると、ScH$$_{2}$$の形成を経て、圧力5GPa付近でScH$$_{3}$$が現れた。さらに加圧すると25GPa付近から約20GPaの広い圧力領域で回折パターンは連続的に変化し、45GPaでfccで指数付けできる回折パターンに落ち着いた。

Pressure-induced structural change from hcp to fcc-like metal lattice was investigated for scandium hydride, ScHx, by X-ray diffraction measurement up to 60 GPa at room temperature. Hydride was prepared in a diamond anvil cell (DAC) by compressing the metal foil with fluid hydrogen. The metal foil reacted with fluid hydrogen to form ScH$$_{2}$$ with an fcc metal lattice at about 4 GPa. Up to 5 GPa, fcc ScH$$_{2}$$ changed for the most part to ScH$$_{3}$$ with a hexagonal metal lattice, which persisted to about 25 GPa together with unreacted ScH$$_{2}$$. On further compression, the hcp lattice began to transform towards an fcc-like lattice. The transition completed at about 46 GPa. The successive change in diffraction pattern during the transition was quite similar to that observed for YHx, the transient state was not explained by the coexistence phase of ScH$$_{2}$$ and ScH$$_{3}$$ but able to be interpreted in terms of the gradual change in the sequential stacking of the metal layers.

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分野:Chemistry, Physical

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