Formation of NaCl-type monodeuteride LaD by the disproportionation reaction of LaD

LaDの圧力誘起不均化反応による塩化ナトリウム型一水素化物の形成

町田 晃彦; 本田 充紀*; 服部 高典   ; 佐野 亜沙美   ; 綿貫 徹; 片山 芳則; 青木 勝敏; 小松 一生*; 有馬 寛*; 大下 英敏*; 池田 一貴*; 鈴谷 賢太郎; 大友 季哉*; 坪田 雅己*; 土居 光一*; 市川 貴之*; 小島 由継*; Kim, D. Y.*

Machida, Akihiko; Honda, Mitsunori*; Hattori, Takanori; Sano, Asami; Watanuki, Tetsu; Katayama, Yoshinori; Aoki, Katsutoshi; Komatsu, Kazuki*; Arima, Hiroshi*; Oshita, Hidetoshi*; Ikeda, Kazutaka*; Suzuya, Kentaro; Otomo, Toshiya*; Tsubota, Masami*; Doi, Koichi*; Ichikawa, Takayuki*; Kojima, Yoshitsugu*; Kim, D. Y.*

希土類金属水素化物ではH/M=2及び3の化学量論比組成が存在する。2水素化物は金属格子がfcc構造でその四面体(T)サイトを水素が占有している。八面体(O)サイトも水素が占有すると3水素化物となる。これまでにLaHが高圧下、約11GPaで水素の高濃度相と低濃度相へ相分離することを放射光X線回折によって示した。今回実施したLaDの高圧下中性子回折実験から、相分離の生成物としてNaCl型構造の一重水素化物LaDが形成されることを初めて観測した。第一原理計算及び格子ダイナミクス計算からも高圧下でLaDが形成されることが示された。このNaCl型構造のLaHの発見は水素-金属間相互作用の水素占有サイト依存性の研究の足がかりとなる。

Hydrogen atoms absorbed in a metal occupy the interstitial sites of the metal lattice. In an fcc metal lattice, each metal atom has two tetrahedral (T) and one octahedral (O) sites that can accommodate hydrogen. Rare-earth metal La forms T-site occupied LaH and fully occupied LaH. O-site occupied or NaCl-type monohydride has yet to be reported for rare-earth metals. Previous X-ray diffraction measurements revealed the pressure-induced decomposition of an fcc-LaH into H-rich and H-poor phases around 11 GPa. The present neutron diffraction measurements on LaD confirm the formation of NaCl-type LaD as a counterpart of the D-rich LaD by disproportionation. First-principle calculations demonstrate that the NaCl-type LaH is stabilized at high pressures. Finding the NaCl-type LaH will pave the way for investigations on the site-dependent nature of hydrogen-metal interactions.