Combining muon spin relaxation and DFT simulations of hydrogen trapping in AlMn

AlMn中の水素トラップに関するミュオンスピン緩和とDFT計算の連携

清水 一行*; 西村 克彦*; 松田 健二*; 赤丸 悟士*; 布村 紀男*; 並木 孝洋*; 土屋 大樹*; Lee, S.*; 髭本 亘  ; 都留 智仁   ; 戸田 裕之*

Shimizu, Kazuyuki*; Nishimura, Katsuhiko*; Matsuda, Kenji*; Akamaru, Satoshi*; Nunomura, Norio*; Namiki, Takahiro*; Tsuchiya, Taiki*; Lee, S.*; Higemoto, Wataru; Tsuru, Tomohito; Toda, Hiroyuki*

質量ppmレベルの水素は金属材料の水素脆化を引き起こすが、水素の捕獲部位を実験的に解明することは極めて困難である。我々は、正ミュオンが水素の軽い同位体として作用することを利用して、物質中の水素の捕獲状態を研究した。ゼロ磁場ミュオンスピン緩和実験と密度汎関数理論(DFT)計算をAlMnに対して行った。AlMnにおける水素のDFT計算の結果、4つの水素トラップサイトが見つかり、その水素トラップエネルギーはeV/atom単位で0.168(サイト1), 0.312(サイト2), 0.364(サイト3), 0.495(サイト4)であった。推定された双極子磁場幅の温度変化()は、94, 193, 236Kでステップ状の変化を示した。サイト密度を考慮すると、観測されたの変化温度は、サイト1, 3, 4にミュオンがトラップされたものと解釈される。

Hydrogen at the mass ppm level causes hydrogen embrittlement in metallic materials, but it is extremely difficult to experimentally elucidate the hydrogen trapping sites. We have taken advantage of the fact that positive muons can act as light isotopes of hydrogen to study the trapping state of hydrogen in matter. Zero-field muon spin relaxation experiments and the density functional theory (DFT) calculations for hydrogen trapping energy are carried out for AlMn. The DFT calculations for hydrogen in AlMn have found four possible trapping sites in which the hydrogen trapping energies are 0.168 (site 1), 0.312 (site 2), 0.364 (site 3), and 0.495 (site 4) in the unit of eV/atom. Temperature variations of the deduced dipole field width () indicated step-like changes at temperatures, 94, 193, and 236 K. Considering their site densities, the observed change temperatures are interpreted by trapping muons at sites 1, 3, and 4.