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Structure change of monoclinic ZrO$$_{2}$$ baddeleyite involving softenings of bulk modulus and atom vibrations

体積弾性率と原子振動の軟化を含む単斜晶ZrO$$_{2}$$バデライト構造変化

福井 宏之*; 藤本 真人*; 赤浜 裕一*; 佐野 亜沙美; 服部 高典

Fukui, Hiroshi*; Fujimoto, Manato*; Akahama, Yuichi*; Sano, Asami; Hattori, Takanori

単斜晶ZrO$$_{2}$$バデライトは、加圧により体積弾性率と原子振動の異常な軟化を示す。その原因を明らかにするために、我々は構造の圧力変化を中性子粉末回折および第一原理計算により調べた。その結果、体積弾性率の異常な圧力応答は化学結合性の変化というより、酸素副格子の変形、とりわけ$$a$$*面内で作られる酸素のレイヤーの一つと関係していることが分かった。このレイヤーは、2つの平行四辺形、つまりほとんど歪まず回転するものと圧力で変形するものにより構成されている。このレイヤーの変形が数あるZr-O原子間距離のうちの一つを伸ばし、いくつかの原子振動モードをソフト化させることが分かった。

Monoclinic ZrO$$_{2}$$ baddeleyite exhibits anomalous softenings of bulk modulus and atom vibrations with compression. We have investigated the pressure evolution of the structure by neutron powder diffraction combined with ab-initio calculations. The present results showed that the anomalous pressure response of the bulk modulus is related not to the change in the bonding characters but to the deformation of an oxygen sublattice, especially one of layers made of oxygens in the crystallographic $$a$$* plane. The layer consists of two parallelograms; one is rotating with little distortion and the other is being distorted with increasing pressure. This deformation of this layer makes one of Zr-O distances long, resulting in the softening of some atom vibrational modes.

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