Neutron diffraction study on the pressure-induced cubic-tetragonal structural distortion in LaD2 using total scattering spectrometer NOVA

高強度中性子散乱装置NOVAによるLaD2圧力誘起相分離に関する研究

本田 充紀   ; 服部 高典   ; 町田 晃彦; 佐野 亜沙美   ; 片山 芳則; 青木 勝敏; 有馬 寛; 小松 一生*; 大下 英敏*; 大友 季哉*

Honda, Mitsunori; Hattori, Takanori; Machida, Akihiko; Sano, Asami; Katayama, Yoshinori; Aoki, Katsutoshi; Arima, Hiroshi; Komatsu, Kazuki*; Oshita, Hidetoshi*; Otomo, Toshiya*

J-PARCの高強度全散乱装置NOVAを用いてLaD2の高圧中性子回折実験を行った。常圧時のRietveld解析では、格子定数a=5.652(2)となり、水素占有率nは、四面体サイト(T-サイト)n=0.94(4)及び八面体サイト(T-サイト)n=0.09(6)という結果が得られた。高圧中性子回折実験では、0.1GPaから17GPaまで圧力点10点にて高圧中性子プロファイルを得た。正方晶の歪みが増加するに伴いピーク分離が起こり、11GPaにおいて相分離が起こる。同様の結晶歪みが、過剰の水素がO-サイトを占有することでLaH2+構造をとるという報告がある。LaD2においても、TサイトからOサイトへ一部分水素が移動することで、このような歪みが起こっている可能性がある。相分離を誘発する立方晶-正方晶構造相転移の詳細なメカニズムについてRietveld解析により精密化した構造モデルにより議論する。

High-pressure neutron diffraction experiments were performed for LaD2 with a total scattering spectrometer NOVA at J-PARC. Rietveld analysis of an ambient pressure profile of a powder sample yielded a lattice constant a=5.652(2) and hydrogen occupancies 0.94(4) at T-site and 0.09(6) at O-site. We obtained diffraction profiles at ten pressure conditions from 0.1 to 17 GPa. The peak splitting arising from the tetragonal distortion increased in magnitude on further compression to the phase separation pressure of 11 GPa. A similar lattice distortion has been reported for superstoichiometric LaH2+ in which excess H atoms occupy the O-sites to make the cubic lattice distorted. Partial transfer of the T-site D atoms into the O-sites in LaD2 is one possible cause for the distortion. The microscopic mechanism of the cubic-tetragonal structural transition and the following phase separation will be discussed on the basis of the refined structural parameters.