Hydrogen vibration excitations of ZrH and TiH up to 21 GPa by incoherent inelastic neutron scattering

非弾性非干渉性中性子散乱による21GPaまでのZrHとTiHの水素振動励起

服部 高典   ; 中村 充孝   ; 飯田 一樹*; 町田 晃彦*; 佐野 亜沙美   ; 町田 真一*; 有馬 寛*; 大下 英敏*; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 大友 季哉*

Hattori, Takanori; Nakamura, Mitsutaka; Iida, Kazuki*; Machida, Akihiko*; Sano, Asami; Machida, Shinichi*; Arima, Hiroshi*; Oshita, Hidetoshi*; Honda, Takashi*; Ikeda, Kazutaka*; Otomo, Toshiya*

量子調和振動子(QHO)で近似できる蛍石型のZrHとTiHの水素の振動励起を非弾性非干渉性中性子散乱によって21GPaおよび4GPaまで調べた。第一励起の振動エネルギーはそれぞれ(meV) = 141.4(2) + 1.02(2)(GPa)および(meV) = 149.4(1) + 1.21(8)(GPa)で表され、圧力とともに上昇した。格子定数の圧力変化と組み合わせて得られた金属水素原子間距離()との関係は、(meV) = 1.62(9) 10 (および(meV) = 1.47(21) 10 (であった。これらのカーブの傾きは、様々な蛍石型の金属水素化物の常圧下のトレンドに比べ、急峻であった。から得られた水素波動関数の広がりは、格子間サイトよりも縮み易いことが分かった。高圧下における水素の波動関数の優先的な収縮や小さなにおけるの急峻な立ち上がりは金属原子のイオンコアが水素原子よりも堅いために水素原子が高圧下でより狭い領域に閉じ込められるために起こると考えられる。

Hydrogen vibration excitations of fluorite-type ZrH and TiH were investigated up to 21 GPa and 4 GPa, respectively, by incoherent inelastic neutron scattering experiments. The first excitation energies increased with pressure, as described by the equations (meV) = 141.4(2) + 1.02(2)(GPa) and (meV) = 149.4(1) + 1.21(8)(GPa) for ZrH and TiH, respectively. Coupling with pressure dependence of lattice parameters, the relations between metal-hydrogen distance () and are found to be well described by the equations (meV) = 1.62(9) 10 ((meV) = 1.47(21) 10 (AA), respectively. The slopes of these curves are much steep compared to the previously reported trend in various fluorite-type metal hydrides at ambient pressure. The hydrogen wave function spreading showed that the local potential field for a hydrogen atom shrinks more intensively than the tetrahedral site. These behavior is likely caused by the rigid metal ion core and the resulting confinement of the hydrogen atom in the narrower potential field at high pressures.