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Fluctuations in medium-range structure of Bi-based metallic liquid alloys

ビスマス系液体合金の中距離構造揺らぎ

上野 広樹; 川北 至信; 尾原 幸治*; 島倉 宏典; 田原 周太*; Kumara, L. S. R.*; 山口 展史*; 安永 晃教*; 脇阪 有衣子*; 伊藤 真義*; 小原 真司*; 武田 信一*

Ueno, Hiroki; Kawakita, Yukinobu; Ohara, Koji*; Shimakura, Hironori; Tahara, Shuta*; Kumara, L. S. R.*; Yamaguchi, Hiroshi*; Yasunaga, Akinori*; Wakisaka, Yuiko*; Ito, Masayoshi*; Kohara, Shinji*; Takeda, Shinichi*

ビスマス-亜鉛系は、Bi$$_{15}$$Zn$$_{85}$$組成を臨界組成とする二液相分離領域を有する系である。こうした相分離領域に近づくとき濃度揺らぎが大きくなることはよく知られている。先行研究では、相分離の原因として、BiとZnの原子サイズの差を挙げている。最近の実験装置や解析手法の発展により、部分構造や、原子配置が理解できるようになってきた。われわれは液体Bi$$_{50}$$Zn$$_{50}$$の中距離構造に見られる揺らぎに着目し、JRR-3M原子炉に東北大学が設置しているHERMES回折計を用いた中性子回折実験、及びSPring-8L08ビームラインを用いた高エネルギーX線回折測定を行った。逆モンテカルロ法による構造モデリングの結果、中距離構造の濃度揺らぎが温度降下とともに大きくなる様子が観測された。

Bi-Zn system has a phase diagram with a miscibility gap where critical point is at Bi$$_{15}$$Zn$$_{85}$$. It is known that concentration fluctuation increases on approaching to the miscibility gap. Earlier studies suggested that the miscibility gap is attributed to difference in atomic size between Bi and Zn. Recent developments of instrument and analysis technique enable us to deduce partial structures and demonstrate atomic configurations in liquid. We performed detailed analysis on medium-range structure in liquid Bi$$_{50}$$Zn$$_{50}$$ by using neutron diffraction data obtained by the two-axis diffractometer, HERMES, installed in JRR-3M, JAEA and, X-ray diffraction at BL08W beamline in SPring-8, Hyogo, Japan. 3D atomic structural model obtained by Revere Monte Carlo technique exhibits temperature evolution of concentration fluctuations in medium-range structure, which suggests that phase separation tendency appears even in the edge of the miscibility gap of liquid Bi-Zn.

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