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論文

Deformation mechanism of a strong and ductile maraging steel investigated using X-ray synchrotron diffraction

Li, H.*; Liu, Y.*; Zhao, W.*; Liu, B.*; 冨永亜希; 菖蒲敬久; Wei, D.*

International Journal of Plasticity, 165, p.103612_1 - 103612_20, 2023/06

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103612

被引用回数：2 パーセンタイル：78.7(Engineering, Mechanical)

コバルトフリーのマルエージング鋼の強度特性を明らかにするために、高エネルギー放射光X線回折法を利用したその場引張試験を行った。マルテンサイト相とオーステナイト相からの回折プロファイルが得られ、それらの強度及び幅が負荷に伴い変化している様子が観察された。回折プロファイルを解析した結果、時効(as-aged)材では、低応力レベルにてマルテンサイトの含有量が緩やかに減少し、高応力レベルでは急激に減少した。一方、熱処理(as-solution)材では、応力の増加とともにオーステナイト相がマルテンサイト相に著しく転移変態している結果が得られた。これらのことがそれぞれの強度特性に起因していることを明らかにした。

論文

Improved mechanical properties of Co-free high-entropy Cantor alloy; A First-principles study

Lobzenko, I.; Wei, D.*; 板倉充洋; 椎原良典*; 都留智仁

Results in Materials (Internet), 17, p.100364_1 - 100364_7, 2023/03

https://doi.org/10.1016/j.rinma.2023.100364

ハイエントロピー合金(HEA)は、その優れた機械的・熱力学的特性から注目されている。最近の研究では、Coフリーの面心立方HEAは、原子力材料として重要な強度・延性を向上させる可能性があることが明らかになった。本研究では、第一原理計算を用いて、CoフリーHEAの機械的特性向上の基本的なメカニズムについて検討を行った。その結果、CoフリーHEAの局所格子歪みは、よく知られたCantor合金のそれよりも顕著であることを見いだした。また、CoフリーHEAの短距離秩序形成により、積層欠陥エネルギーが大きく変動していることがわかった。このように、CoフリーHEAでは著しい局所格子歪みと、低積層欠陥領域と高積層欠陥領域からなる不均一な固溶体状態が、強度・延性の向上に寄与していることがわかった。

論文

Laser-driven neutron generation realizing single-shot resonance spectroscopy

余語覚文*; Lan, Z.*; 有川安信*; 安部勇輝*; Mirfayzi, S. R.*; Wei, T.*; 森隆人*; Golovin, D.*; 早川岳人*; 岩田夏弥*; et al.

Physical Review X, 13(1), p.011011_1 - 011011_12, 2023/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.13.011011

被引用回数：3 パーセンタイル：88.42(Physics, Multidisciplinary)

Neutrons are powerful tools for investigating the structure and properties of materials used in science and technology. Recently, laser-driven neutron sources (LDNS) have attracted the attention of different communities, from science to industry, in a variety of applications, including radiography, spectroscopy, security, and medicine. However, the laser-driven ion acceleration mechanism for neutron generation and for establishing the scaling law on the neutron yield is essential to improve the feasibility of LDNS. In this paper, we report the mechanism that accelerates ions with spectra suitable for neutron generation. We show that the neutron yield increases with the fourth power of the laser intensity, resulting in the neutron generation of $3times10^{11}$ in at a maximum, with $1.1times10^{19}$ Wcm $^{-2}$ , 900 J, 1.5 ps lasers. By installing a "hand-size" moderator, which is specially designed for the LDNS, it is demonstrated that the efficient generation of epithermal (0.1-100 eV) neutrons enables the single-shot analysis of composite materials by neutron resonance transmission analysis (NRTA). We achieve the energy resolution of 2.3% for 5.19-eV neutrons 1.8 m downstream of the LDNS. This leads to the analysis of elements and isotopes within sub-s times and allows for high-speed nondestructive inspection.

論文

Si-addition contributes to overcoming the strength-ductility trade-off in high-entropy alloys

Wei, D.*; Gong, W.; 都留智仁; Lobzenko, I.; Li, X.*; Harjo, S.; 川崎卓郎; Do, H.-S.*; Bae, J. W.*; Wagner, C.*; et al.

International Journal of Plasticity, 159, p.103443_1 - 103443_18, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103443

被引用回数：27 パーセンタイル：98.49(Engineering, Mechanical)

Face-centered cubic single-phase high-entropy alloys (HEAs) containing multi-principal transition metals have attracted significant attention, exhibiting an unprecedented combination of strength and ductility owing to their low stacking fault energy (SFE) and large misfit parameter that creates severe local lattice distortion. Increasing both strength and ductility further is challenging. In the present study, we demonstrate via meticulous experiments that the CoCrFeNi HEA with the addition of the substitutional metalloid Si can retain a single-phase FCC structure while its yield strength (up to 65%), ultimate strength (up to 34%), and ductility (up to 15%) are simultaneously increased, owing to a synthetical effect of the enhanced solid solution strengthening and a reduced SFE. The dislocation behaviors and plastic deformation mechanisms were tuned by the addition of Si, which improves the strain hardening and tensile ductility. The present study provides new strategies for enhancing HEA performance by targeted metalloid additions.

論文

Strengthening of high-entropy alloys via modulation of cryo-pre-straining-induced defects

Wei, D.*; Gong, W.; Wang, L.*; Tang, B.*; 川崎卓郎; Harjo, S.; 加藤秀実*

Journal of Materials Science & Technology, 129, p.251 - 260, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.04.055

被引用回数：17 パーセンタイル：95.2(Materials Science, Multidisciplinary)

Owing to their attractive structure and mechanical properties, high-entropy alloys (HEAs) and medium-entropy alloys (MEAs) have attracted considerable research interest. The strength of HEAs/MEAs with a single face-centered cubic (FCC) phase, on the other hand, requires improvement. Therefore, in this study, we demonstrate a strategy for increasing the room-temperature strength of FCC-phase HEAs/MEAs by tuning cryo-pre-straining-induced crystal defects via the temperature-dependent stacking fault energy-regulated plasticity mechanism. Through neutron diffraction line profile analysis and electron microscope observation, the effect of the tuned defects on the tensile strength was clarified. This study discussed the possibility of developing single-phase high-performance HEAs by tuning pre-straining-induced crystal defects.

論文

Mechanical behaviors of equiatomic and near-equiatomic face-centered-cubic phase high-entropy alloys probed using neutron diffraction

Wei, D.*; Gong, W.; 都留智仁; 川崎卓郎; Harjo, S.; Cai, B.*; Liaw, P. K.*; 加藤秀実*

International Journal of Plasticity, 158, p.103417_1 - 103417_17, 2022/11

https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103417

被引用回数：22 パーセンタイル：97.48(Engineering, Mechanical)

In this study, we investigated the yielding and hardening behaviors of the Cantor alloy and FCC-phase Co-rich HEAs with different SFEs by in situ neutron diffraction combined with the first-principles method and electron-microscopy characterizations. The Co-rich HEAs exhibited a higher intrinsic yield strength than the Cantor alloy, mainly because of the larger shear modulus or modulus misfit, and grain refinement being more effective in improving the yield strength of low-SFE HEAs. Furthermore, higher flow stresses and better ductility of the Co-rich HEAs are attributed to the greater dislocation density and a larger number of stacking faults, which enhanced the strain-hardening rate during tensile deformation. The low SFE promoted mechanical twinning, and martensitic transformation contributed to higher strain-hardening rates.

論文

Regulation of strength and ductility of single-phase twinning-induced plasticity high-entropy alloys

Wei, D.*; Gong, W.; 川崎卓郎; Harjo, S.; 加藤秀実*

Scripta Materialia, 216, p.114738_1 - 114738_6, 2022/07

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2022.114738

被引用回数：22 パーセンタイル：97.37(Nanoscience & Nanotechnology)

Near-equiatomic single-phase twining-induced plasticity (TWIP) high-entropy alloys (HEAs) exhibit a good combination of strength and ductility, but their modest yield strength requires further improvement. Here, we propose a strategy for markedly enhancing their strength while retaining satisfactory ductility, taking advantage of the temperature dependence of the stacking fault energy. The room-temperature strength of a representative TWIP HEA was improved by the cryogenic pre-deformation-induced dislocations, martensite, nanotwins, and stacking faults. The tensile properties were further tuned by subsequent annealing to obtain partially recovered or recrystallized microstructures. The influence of regulated microstructures on the yield strength was clarified by neutron diffraction line profile analysis. This study presents possibilities for fabricating advanced HEAs by tuning the substructures.

論文

Synergetic effect of Si addition on mechanical properties in face-centered-cubic high entropy alloys; A First-principles study

都留智仁; Lobzenko, I.; Wei, D.*

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 30(2), p.024003_1 - 024003_11, 2022/03

https://doi.org/10.1088/1361-651X/ac455a

被引用回数：8 パーセンタイル：77.62(Materials Science, Multidisciplinary)

ハイエントロピー合金(HEA)は、その優れた力学特性で注目を集めてきた。我々の最近の実験研究で、Siを添加した面心立方構造(FCC)を持つHEAが、強度と延性の両方を改善する大きな可能性を秘めていることを示唆した。本研究では、第一原理計算に基づくモンテカルロシミュレーションと構造因子分析を用いて、マクロな力学特性に対するSi添加の影響を調査した。その結果、Siの添加により、局所的な格子歪みと積層欠陥エネルギー(SFE)が増加することが分かった。さらに、Si添加のHEAでは、SRO形成によりSFエネルギーが大きく変動することを示した。これは、低SFEおよび高SFE領域がマトリックスに不均質に分布している固溶体状態が形成されることを示唆している。Si添加のFCC-HEAのこの特有の機能により、Si添加合金では超微細な双晶が形成され、強度と延性の両方を向上させる主要な要因となることを明らかにした。

論文

Metalloid substitution elevates simultaneously the strength and ductility of face-centered-cubic high-entropy alloys

Wei, D.*; Wang, L.*; Zhang, Y.*; Gong, W.; 都留智仁; Lobzenko, I.; Jiang, J.*; Harjo, S.; 川崎卓郎; Bae, J. W.*; et al.

Acta Materialia, 225, p.117571_1 - 117571_16, 2022/02

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117571

被引用回数：59 パーセンタイル：99.75(Materials Science, Multidisciplinary)

Recently-developed high-entropy alloys (HEAs) containing multiple principal metallic elements have ex-tended the compositional space of solid solutions and the range of their mechanical properties. Here we show that the realm of possibilities can be further expanded through substituting the constituent metals with metalloids, which are desirable for tailoring strength/ductility because they have chemical interactions and atomic sizes distinctly different from the host metallic elements. Specifically, the metalloid substitution increases local lattice distortion and short-range chemical inhomogeneities to elevate strength, and in the meantime reduces the stacking fault energy to discourage dynamic recovery and encourage defect accumulation via partial-dislocation-mediated activities. These impart potent dislocation storage to improve the strain hardening capability, which is essential for sustaining large tensile elongation. As such, metalloid substitution into HEAs evades the normally expected strength-ductility trade-off, enabling an unusual synergy of high tensile strength and extraordinary ductility for these single-phase solid solutions.

論文

Strong local moment antiferromagnetic spin fluctuations in V-doped LiFeAs

Xu, Z.*; Dai, G.*; Li, Y.*; Yin, Z.*; Rong, Y.*; Tian, L.*; Liu, P.*; Wang, H.*; Xing, L.*; Wei, Y.*; et al.

npj Quantum Materials (Internet), 5(1), p.11_1 - 11_7, 2020/02

https://doi.org/10.1038/s41535-020-0212-x

被引用回数：4 パーセンタイル：40.81(Materials Science, Multidisciplinary)

We use neutron scattering to study Vanadium (hole)-doped LiFe $_{1-x}$ V $_{x}$ As. In the undoped state, LiFeAs exhibits superconductivity at $T_mathrm{c} = 18$ K and transverse incommensurate spin excitations similar to electron overdoped iron pnictides. Upon Vanadium doping to form LiFe $_{0.955}$ V $_{0.045}$ , the transverse incommensurate spin excitations in LiFeAs transform into longitudinally elongated ones in a similar fashion to that of potassium (hole)-doped Ba $_{0.7}$ K $_{0.3}$ Fe $_{2}$ As $_{2}$ but with dramatically enhanced magnetic scattering and elimination of superconductivity. This is different from the suppression of the overall magnetic excitations in hole-doped BaFe $_{2}$ As $_{2}$ and the enhancement of superconductivity near optimal hole doping. These results are consistent with density function theory plus dynamic mean field theory calculations, suggesting that Vanadium doping in LiFeAs may induce an enlarged effective magnetic moment $S_mathrm{eff}$ with a spin crossover ground state arising from the inter-orbital scattering of itinerant electrons.

論文

Odd and even modes of neutron spin resonance in the bilayer iron-based superconductor CaKFe $_{4}$ As $_{4}$

Xie, T.*; Wei, Y.*; Gong, D.*; Fennell, T.*; Stuhr, U.*; 梶本亮一; 池内和彦*; Li, S.*; Hu, J.*; Luo, H.*

Physical Review Letters, 120(26), p.267003_1 - 267003_7, 2018/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.267003

被引用回数：31 パーセンタイル：84.96(Physics, Multidisciplinary)

We report an inelastic neutron scattering study on the spin resonance in the bilayer iron-based superconductor CaKFeAs. In contrast to its quasi-two-dimensional electron structure, three strongly -dependent modes of spin resonance are found below = 35 K. The mode energies are below and linearly scale with the total superconducting gaps summed on the nesting hole and electron pockets, essentially in agreement with the results in cuprate and heavy fermion superconductors. This observation supports the sign-reversed Cooper-pairing mechanism under multiple pairing channels and resolves the long-standing puzzles concerning the broadening and dispersive spin resonance peak in iron pnictides. More importantly, the triple resonant modes can be classified into odd and even symmetries with respect to the distance of Fe-Fe planes within the Fe-As bilayer unit. Thus, our results closely resemble those in the bilayer cuprates with nondegenerate spin excitations, suggesting that these two high- superconducting families share a common nature.

論文

Spin excitations in optimally P-doped BaFe(As $_{0.7}$ P $_{0.3}$ ) superconductor

Hu, D.*; Yin, Z.*; Zhang, W.*; Ewings, R. A.*; 池内和彦*; 中村充孝; Roessli, B.*; Wei, Y.*; Zhao, L.*; Chen, G.*; et al.

Physical Review B, 94(9), p.094504_1 - 094504_7, 2016/09

AA2016-0252.pdf:2.18MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.094504

被引用回数：16 パーセンタイル：59.36(Materials Science, Multidisciplinary)

最適Pドープされた超伝導体BaFe(As $_{0.7}$ P $_{0.3}$ ) (T=30K)におけるスピン励起の温度及びエネルギー依存性が非弾性中性子散乱実験を使って調べられた。我々の実験結果は密度汎関数理論や動的平均場理論で予想される計算結果と矛盾しておらず、BaFe(As $_{0.7}$ P $_{0.3}$ )における平均プニクトゲン高さの減少が、電子相関の強さを弱め、磁気励起の有効バンド幅の増加に寄与することを示唆している。

論文

The Spin Hall effect as a probe of nonlinear spin fluctuations

Wei, D. H.*; 新見康洋*; Gu, B.; Ziman, T.*; 前川禎通; 大谷義近*

Nature Communications (Internet), 3, p.1058_1 - 1058_5, 2012/09

https://doi.org/10.1038/ncomms2063

被引用回数：34 パーセンタイル：80.72(Multidisciplinary Sciences)

The spin Hall effect (SHE) and its inverse have key roles in spintronic devices as they allow conversion of charge currents to and from spin currents. The conversion efficiency strongly depends on material details, such as the electronic band structure and the nature of impurities. Here we show an anomaly in the inverse SHE in weak ferromagnetic NiPd alloys near their Curie temperatures with a shape independent of material details, such as Ni concentrations. By extending Kondo's model for the anomalous Hall effect (AHE), we explain the observed anomaly as originating from the second-order nonlinear spin fluctuation of Ni moments. This brings to light an essential symmetry difference between the SHE and the AHE, which reflects the first-order nonlinear fluctuations of local moments. Our finding opens up a new application of the SHE, by which a minuscule magnetic moment can be detected.

論文

Identified charged hadron production in collisions at = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.83.064903

被引用回数：184 パーセンタイル：99.44(Physics, Nuclear)

200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からのの横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。またやスケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。

論文

Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in and Au+Au collisions at $sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.83.044912

被引用回数：8 パーセンタイル：49.7(Physics, Nuclear)

重いフレーバーのメソンの崩壊からの電子の測定は、このメソンの収量が金金衝突では陽子陽子に比べて抑制されていることを示している。われわれはこの研究をさらに進めて二つの粒子の相関、つまり重いフレーバーメソンの崩壊からの電子と、もう一つの重いフレーバーメソンあるいはジェットの破片からの荷電ハドロン、の相関を調べた。この測定は重いクォークとクォークグルオン物質の相互作用についてのより詳しい情報を与えるものである。われわれは特に金金衝突では陽子陽子に比べて反対側のジェットの形と収量が変化していることを見いだした。

論文

Measurement of neutral mesons in + collisions at = 200 GeV and scaling properties of hadron production

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.83.052004

被引用回数：175 パーセンタイル：98.48(Astronomy & Astrophysics)

RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの, , と中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。

論文

Recent progress on the development and analysis of the ITPA global H-mode confinement database

McDonald, D. C.*; Cordey, J. G.*; Thomsen, K.*; Kardaun, O. J. W. F.*; Snipes, J. A.*; Greenwald, M.*; Sugiyama, L.*; Ryter, F.*; Kus, A.*; Stober, J.*; et al.

Nuclear Fusion, 47(3), p.147 - 174, 2007/03

https://doi.org/10.1088/0029-5515/47/3/001

被引用回数：51 パーセンタイル：29.82(Physics, Fluids & Plasmas)

国際トカマク物理活動(ITPA)全体的Hモード閉じ込めデーターベースの第3版(DB3)に関し1994年から2004年の期間に行われた更新と解析について、この論文は記述する。エネルギー閉じ込め時間とその制御パラメータの巨視的データを、異なったサイズと形状の次の18装置から集めた。ASDEX, ASDEX Upgrade, C-Mod CoMPASS-D, DIII-D, JET, JFT-2M, JT-60U, MAST, NSTX, PBX-M, PDX, START, T-10, TCV, TdeV, TFTR及びUMAN-3M。このDB3データベースに基づき、幅広い物理研究が行われた。特に中心部と周辺部の振る舞いの分離,無次元解析、及びデータベースと1次元輸送コードとの比較に進展があった。データーベースは、ITERのような次期装置の閉じ込め特性の基盤を評価することを主要な目的としており、この論文でも解析結果を踏まえて次期装置を議論する。

論文

Scaling of the energy confinement time with and collisionality approaching ITER conditions

Cordey, J. G.*; Thomsen, K.*; Chudnovskiy, A.*; Kardaun, O. J. W. F.*; 滝塚知典; Snipes, J. A.*; Greenwald, M.*; Sugiyama, L.*; Ryter, F.*; Kus, A.*; et al.

Nuclear Fusion, 45(9), p.1078 - 1084, 2005/09

https://doi.org/10.1088/0029-5515/45/9/007

被引用回数：51 パーセンタイル：82.4(Physics, Fluids & Plasmas)

ELMyHモードデータベースの最新版の状況を再検査した。一般最小2乗回帰法における幾つかの変数について偏りがあることが確認された。これらの欠点に注意して、3種の解析手法、(a)主要素回帰法,(b)変数内誤差手法、及び(c)偏りの小さい少数変数による解析、を取り入れた。標準的な工学的変数で表した比例則とともに、無次元物理変数を用いた比例則を導出した。新比例則は従来の比例則に比べて、ITERの標準的ベータ運転に関して同様な性能を予測するが、より高いベータの運転では性能が高くなると予測する。

論文

O 2 hole-assisted electronic processes in the Pr $_{1-x}$ Sr $_{x}$ MnO $_{3}$ (x=0.0, 0.3) system

Ibrahim, K.*; Qian, H. J.*; Wu, X.*; Abbas, M. I.*; Wang, J. O.*; Hong, C. H.*; Su, R.*; Zhong, J.*; Dong, Y. H.*; Wu, Z. Y.*; et al.

Physical Review B, 70(22), p.224433_1 - 224433_9, 2004/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.224433

被引用回数：29 パーセンタイル：75.08(Materials Science, Multidisciplinary)

プラセオジム,ストロンチウム,マンガン酸化物が巨大磁気抵抗を持つ要因を明らかにするため、二種の組成の酸化物(Pr $_{1-x}$ Sr $_{x}$ MnO $_{3}$ (x=0.0, 0.3))について、酸素K-吸収端のX線吸収スペクトル(XAS)及びO 122共鳴オージェ電子スペクトル(AES)を測定した。XAS, AESスペクトル双方の結果から、Pr $_{1-x}$ Sr $_{x}$ MnO $_{3}$ にホールをドープすると、酸素2軌道のホールの状態密度が増加することがわかった。これはSr $^{2+}$ をドープしてMn $^{4+}$ を増加させるなどのホールドープにより、ホールがMn 3軌道の $_{g}$ 状態から酸素の2軌道に移ることを意味している。これらの結果から、酸素2軌道に存在するホールが巨大磁気抵抗などの電子物性を決定する重要な要因であることを明らかにした。

論文

Melting and crystallization of Nd $_{60}$ Al $_{10}$ Fe $_{20}$ Co $_{10}$ bulk metallic glass under high pressure

Zhao, D. Q.*; Pan, M. X.*; Wang, W. H.*; Wei, B. C.*; 岡田卓; 内海渉

Journal of Physics; Condensed Matter, 15(50), p.L749 - L753, 2003/12

https://doi.org/10.1088/0953-8984/15/50/L01

被引用回数：9 パーセンタイル：31.91(Physics, Condensed Matter)

Nd $_{60}$ Al $_{10}$ Fe $_{20}$ Co $_{10}$ 組成のバルク金属ガラスの高圧下における融解並びに結晶化を放射光を用いたその場エックス線回折実験により観測した。その結果、圧力は、結晶化を促進し、融解を抑制する方向に作用することが明らかとなった。