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Tetragonal distortion and successive disproportionation reaction of fcc lanthanum dihydride under high pressure

fcc構造ランタン2水素化物の高圧下における正方歪みと不均化反応

町田 晃彦; 服部 高典 ; 本田 充紀*; 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*; 市川 貴之*; 小島 由継*; 藤久 裕司*; Kim, D. Y.*

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

希土類金属2水素化物は蛍石(CsF$$_2$$)型構造を持ち、水素原子は理想的にはfcc格子を組む金属が作る四面体サイトに位置している。これまでに高圧下放射光X線回折や赤外分光測定によってLaH$$_2$$が高圧下で水素濃度の高い相と低い相の2相に分解することが明らかにされている。この分解前の状態においてfcc金属格子がわずかに歪んだ正方格子となることを発見した。LaH$$_{2+delta}$$においては八面体サイトに侵入した水素が秩序化することで正方格子になると考えられている。したがって、高圧下で観測されたLaH$$_2$$の正方格子への転移や分解反応は四面体サイトから八面体サイトへの水素の格子間移動によるものと考えられる。そこでわれわれはJ-PARC物質・生命科学実験施設においてLaD$$_2$$の高圧下中性子回折実験を実施し、高圧下における水素の位置や占有率の変化を調べた。

We have investigated the structural properties of rare-earth metal hydrides under high pressure. LaH$$_2$$ has the CaF$$_2$$ type structure in which the H atoms locate at the tetrahedral interstitial sites (T-sites) of the fcc metal lattice. Synchrotron radiation X-ray diffraction and infrared reflection experiments revealed disproportionation reaction of LaH$$_2$$ into the H-poor and H-rich phases around 11 GPa. Before the disproportionation reaction, we have found that the fcc metal lattice transformed into tetragonal lattice. The ordering of the H atoms in the octahedral-sites (O-sites) causes the tetragonal distortion of LaH$$_{2+delta}$$. The tetragonal transformation and successive disproportionation reaction of LaH$$_2$$ would closely relate to the inter-site transfer of the H atoms between the T- and O-sites. We have performed the neutron diffraction experiments of LaD$$_2$$ to investigate the change of the positions and occupancies of the hydrogen atoms under high pressure.

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