Development of a single-crystal X-ray diffraction system for hydrostatic-pressure and low-temperature structural measurement and its application to the phase study of quasicrystals

静水圧的高圧低温下放射光単結晶X線回折装置と準結晶研究への応用

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

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

われわれは、静水圧的高圧下での構造研究を低温領域でも可能とするため、単結晶振動写真法による低温高圧下X線回折装置を構築した。静水圧技術は微弱な変化,複雑な変化を対象としたときに効果的だが、本装置では、超格子反射や散漫散乱の観測を通じて、5-300K,常圧-50GPaの温度圧力領域で、そのような構造変化を捉えることができる。われわれは、本装置を用いて、準結晶物質群の低温高圧下における構造的性質を調べている。その結果、Cd-Yb合金の近似結晶(準結晶物質と局所構造が同一である結晶物質)において、物質内部に配列するカドミウム原子団が、圧力温度に応じて敏感に向きを変え、5種類ものパターンに及ぶ配向秩序構造を示すという著しい現象を発見した。

We have constructed a single-crystal synchrotron X-ray diffraction system to precisely study the structure under hydrostatic pressure conditions at low temperatures and applied it to a study on the phase transition phenomena of a Cd-Yb periodic approximant and a Cd-Yb quasicrystal. Four phases were newly observed for the 1/1 approximant crystal in a span up to 5.2 GPa and down to 10 K. The innermost part of the atomic clusters of Cd tetrahedra exhibited various orientational ordering sensitively depending on pressure and temperature. High pressure diffraction measurements using a highly parallel synchrotron X-ray beam and a hydrostatically compressed single crystal enabled us to detect the weak diffractions due to the subtle structural changes.