Pressure-induced structural transition in rare-earth metal hydrides

希土類金属水素化物の圧力誘起構造相転移

町田 晃彦; 綿貫 徹; 大村 彩子*; 青木 勝敏; 竹村 謙一*

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

われわれは希土類金属水素化物の静水圧下における圧力誘起構造相転移の研究を行っている。代表的なイットリウム3水素化物は室温常圧下で六方晶構造をとり、イットリウム原子1個あたり3個まで水素が入ることができる。このとき水素原子は四面体サイトと八面体サイトを占める。また高圧力下では水素-金属の相互作用に加えて水素-水素の相互作用も重要となると考えられる。そこで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、圧力による構造変化を詳細に調べた。その結果、1222GPaの広い圧力領域に渡る中間状態を経て六方晶構造から立方晶構造へ結晶構造が変化すること、また中間状態の構造は六方晶型の積層と立方晶型の積層の交互配列の長周期積層構造で表せることを明らかにした。観測された長周期構造は希土類金属水素化物においては新しい構造である。本講演ではこの長周期積層構造について、その構造モデルと構造相転移の過程について紹介する。

Pressure induced structural transitions of rare-earth metal hydrides have been investigated under hydrostatic pressure at room temperature. Tri-hydride, YH, exhibits a hexagonal metal lattice containing three hydrogen atoms per metal atom in the interstitial spaces: two hydrogen atoms at the tetrahedral sites and one hydrogen atom near the Y metal plane in the octahedral sites. We observed the pressure-induced structural transformation from the hexagonal metal lattice into a face-centered cubic (fcc) one through an intermediate state, which appears in the wide pressure span of 12-22 GPa. The obtained X-ray diffraction patterns in the intermediate state are represented by long-period rhombohedral structures. These long-period structures gradually transform toward the fcc metal lattice with successively increasing in the fcc-type component in a unit cell upon compression.