Long-period stacking structures in yttrium trihydride at high pressure

イットリウム3水素化物の高圧下における長周期積層構造

町田 晃彦; 大村 彩子*; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 竹村 謙一*

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

ダイヤモンドアンビルセルを用いて高圧力下の放射光X線回折実験を行い、イットリウム3水素化物の圧力による構造変化を詳細に調べている。イットリウム3水素化物YHはイットリウム原子がhexagonal格子を組み、水素原子は金属格子間に位置している。YHは高圧力下で構造相転移を起し、イットリウム原子は12-22GPaの広い圧力領域に渡る中間状態を経てfcc格子へと変化する。これまで、中間状態のX線回折パターンは高圧相と低圧相との2相共存では説明できないことを明らかにしており、今回、われわれはhexagonal型()とfcc型()の金属面の積層が周期的に配列した長周期積層構造で中間状態の構造を説明できることを明らかにした。圧力を加えると、このイットリウム格子の長周期積層構造はfcc型の積層成分が徐々に増加しながら最終的にfcc格子へと変化する。こうした長周期構造を経由するhexagonal-cubic構造相転移は、金属格子間に位置する水素原子間のクーロン反発や水素-金属結合が重要な役割を果たしていると考えられる。

The pressure induced structural transition of yttrium tri-hydride YH has been investigated by X-ray diffraction experiments under hydrostatic pressure at room temperature. The hexagonal metal lattice transforms to a face-centered cubic (fcc) one through an intermediate state, which appears between 12-22 GPa. The diffraction patterns of the intermediate state are interpreted in terms of long-period rhombohedral polytypes with the periodic arrangements of hexagonal-type () and fcc-type () stacking layers of the yttrium metals. These polytypes gradually transforms toward the fcc metal lattice with a successive increase in the fcc-type component upon compression. The hydrogen-hydrogen repulsive interactions and hydrogen-metal bonding likely play a dominant role in the gradual hexagonal-fcc lattice conversion via the long-period polytypic structures.