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X-ray absorption near edge structure and first-principles spectral investigations of cationic disorder in MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$ induced by swift heavy ions

高速重イオンによって誘起されたMgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$中のカチオン配置の無秩序に関するエックス線吸収端近傍構造と第一原理によるスペクトル分析

吉岡 聰*; 鶴田 幸之介*; 山本 知一*; 安田 和弘*; 松村 晶*; 石川 法人; 小林 英一*

Yoshioka, Satoru*; Tsuruta, Konosuke*; Yamamoto, Tomokazu*; Yasuda, Kazuhiro*; Matsumura, Sho*; Ishikawa, Norito; Kobayashi, Eiichi*

MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$中のカチオン(Mg, Al)は、通常は秩序だったサイトに配置されている。Mgは四面体位置、Alは八面体位置にある。しかし、スピネルに高速重イオンを照射すると、スピネル中のカチオンの配置が無秩序になることが予想される。カチオン配置の秩序度の変化を、放射光を利用したエックス線吸収端近傍構造の測定により評価した。その結果得られた実験データを、第一原理計算の結果と比較することによって、以下のことが分かった。照射に伴うMgの配置の変化とAlの配置の変化が整合しており、MgがAlサイトに、AlがMgサイトに乗り移る無秩序化が進んでいることが分かった。高照射量(1$$times$$10$$^{13}$$ ions/cm$$^{2}$$)では、完全な配置の無秩序化が達成されることがわかった。

Cationic disorder in the MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$ spinel induced by swift heavy ions was investigated using the X-ray absorption near edge structure. With changes in the irradiation fluences of 200 MeV Xe ions, the Mg K-edge and Al K-edge spectra were synchronously changed. The calculated spectra based on density function theory indicate that the change in the experimental spectra was due to cationic disorder between Mg in tetrahedral sites and Al in octahedral sites. These results suggest a high inversion degree to an extent that the completely random configuration is achieved in MgAl$$_{2}$$O$$_{4}$$ induced by the high density electronic excitation under swift heavy ion irradiation.

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分野:Chemistry, Physical

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