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Site occupancy of interstitial deuterium atoms in face-centred cubic iron

面心立法構造の鉄中における格子間重水素原子のサイト占有状態

町田 晃彦; 齋藤 寛之; 杉本 秀彦*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 遠藤 成輝*; 片山 芳則; 飯塚 理子*; 佐藤 豊人*; 松尾 元彰*; 折茂 慎一*; 青木 勝敏

Machida, Akihiko; Saito, Hiroyuki; Sugimoto, Hidehiko*; Hattori, Takanori; Sano, Asami; Endo, Naruki*; Katayama, Yoshinori; Iizuka, Riko*; Sato, Toyoto*; Matsuo, Motoaki*; Orimo, Shinichi*; Aoki, Katsutoshi

鉄と水素との反応は水素脆性などな材料科学の問題や、地球内核の鉄中の水素の有無なども地球科学の問題を考える上で重要であり、広く興味が持たれている。鉄は高温高水素圧力下において水素化物を形成するが、常温常圧では不安定であるため、水素化物の形成過程や状態を観測するには高温高圧力下でその場観察を行う必要がある。本研究ではJ-PARC/MLFのBL11 PLANETを利用して高温高圧力下中性子回折実験を実施し、鉄の重水素化過程および面心立方晶構造の鉄重水素化物における重水素原子の占有位置と占有率の決定を行い、これまで考えられていた八面体サイトだけでなく四面体サイトの一部も重水素原子が占有することを世界で初めて明らかにした。さらに量子力学的計算に基づいて二つのサイトを占有するメカニズムについて考察を行った。

Iron hydride FeH$$_x$$, is thermodynamically stable only at high hydrogen pressure of several GPa. To investigate the hydrogenation process and hydrogen state in iron hydride, it is necessary to carry out the in-situ measurement under high pressure and high temperature. In this study, we performed the in-situ neutron diffraction measurement of Fe-D system using the high pressure neutron diffractometer PLANET in the MLF, J-PARC, and determined the deuterium occupying sites and occupancies in fcc-FeD$$_x$$. We found the minor occupation of tetrahedral sites under high pressure and high temperature. We considered the mechanism of the minor occupation based on the Quantum-mechanical calculation.

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パーセンタイル:18.94

分野:Multidisciplinary Sciences

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