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論文

X-ray free electron laser observation of ultrafast lattice behaviour under femtosecond laser-driven shock compression in iron

佐野 智一*; 松田 智己*; 廣瀬 明夫*; 寺井 智之*; 掛下 智之*; 犬伏 雄一*; 佐藤 孝弘*; 矢橋 牧名*; 菖蒲 敬久; 他22名*

Scientific Reports (Internet), 13, p.13796_1 - 13796_10, 2023/08

Over the past century, understanding the nature of shock compression of condensed matter has been a major topic. About 20 years ago, a femtosecond laser emerged as a new shock-driver. Unlike conventional shock waves, a femtosecond laser driven shock wave creates unique microstructures in materials. Therefore, the properties of this shock wave may be different from those of conventional shock waves. However, the lattice behaviour under femtosecond laser-driven shock compression has never been elucidated. Here we report the ultrafast lattice behaviour in iron shocked by direct irradiation of a femtosecond laser pulse, diagnosed using X-ray free electron laser diffraction. We found that the initial compression state caused by the femtosecond laser driven shock wave is the same as that caused by conventional shock waves. We also found, for the first time experimentally, the temporal deviation of peaks of stress and strain waves predicted theoretically. Furthermore, the existence of a plastic wave peak between the stress and strain wave peaks is a new finding that has not been predicted even theoretically. Our findings will open up new avenues for designing novel materials that combine strength and toughness in a trade-off relationship.

論文

Stress and temperature dependence of the structure of the martensite and X-phase in Ni$$_{2}$$MnGa

福田 隆*; 寺井 智之*; 串田 悠彰*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

Philosophical Magazine, 90(14), p.1925 - 1935, 2010/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:37.18(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性形状記憶合金Ni$$_{2}$$MnGaの、母相(P相),中間相(I相),マルテンサイト相(M相),未知のX相の間の構造上の関係を明らかにするため、一軸応力下の単結晶中性子回折により、X相の構造の、応力及び温度依存性を調べた。X相の構造は、最低温度領域に広がるM相やX相の低温低応力側に存在するI相と比べて、応力や温度に強く依存することがわかった。X相からM相への転移に関しては、両相の長周期構造におけるサテライトピークが、応力や温度に関係なく大きく変化することがわかった。一方、X相から高温側のP相への転移に関しては、サテライトピークがゆるやかに消滅することがわかった。I相からX相への転移に関しては、応力下ではサテライトピークの位置や強度が劇的に変化するが、ゼロ応力下では、その変化は連続的であった。これらの結果は、Ni$$_{2}$$MnGaの相図に多重臨界点が存在することを示唆している。

論文

Structural relation between the X-phase and other phases in Ni$$_{2}$$MnGa

掛下 知行*; 福田 隆*; 寺井 智之*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

Materials Science Forum, 635, p.49 - 54, 2009/12

Ni$$_{2}$$MnGaのX相と他の秩序相との構造相関について研究を行った。その結果、中間相とX相の相転移では、一軸応力下で不連続な転移が観測される一方、ゼロ応力下では、転移は連続であった。また、X相からL2$$_{1}$$型の母相への転移は、連続であった。これらの結果は、Ni$$_{2}$$MnGaの多重臨界点の存在を意味している。

論文

Incommensurate structures of intermediate phase and martensite phase in Ni$$_{2}$$MnGa

串田 悠彰*; 福田 康太*; 寺井 智之*; 福田 敬*; 掛下 知行*; 大庭 卓也*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久; 加藤 健一*

Journal of Physics; Conference Series, 165, p.012054_1 - 012054_4, 2009/06

Neutron diffraction measurements using single crystal and powder synchrotron X-ray diffraction measurements revealed that an intermediate (I-) phase and a martensite (M-) phase in Ni$$_{2}$$MnGa have incommensurate modulated structures. The modulation vectors of the I- and M-phases are nearly equal to $$q$$ = 0.341 at 210 K and $$q$$ = 0.427 at 100 K, respectively. Moreover, displacements of Ni, Mn and Ga atoms in both the I- and M-phase are expressed by sinusoidal waves with the same phase and almost the same amplitudes.

論文

Neutron diffraction study on stress-induced X-phase in Ni$$_{2}$$MnGa

串田 悠彰*; 寺井 智之*; 福田 敬*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

Scripta Materialia, 60(4), p.248 - 250, 2009/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:46(Nanoscience & Nanotechnology)

Neutron diffraction profiles of the X-phase in Ni$$_{2}$$MnGa, which is induced by applying a compressive stress, have revealed that two satellite reflections appear at incommensurate positions of [$$h$$2-$$h$$0]$$_{rm p}^{*}$$ with $$h$$ = 0.360 and 1.638 at 240 K under a compressive stress of about 30 MPa. The satellite positions of the X-phase are clearly different from those of the martensite and intermediate phases.

論文

Crystal structure of martensite and intermediate phases in Ni$$_{2}$$MnGa studied by neutron diffraction

串田 悠彰*; 福田 康太*; 寺井 智之*; 福田 敬*; 掛下 知行*; 大庭 卓也*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久; 加藤 健一*

European Physical Journal; Special Topics, 158(1), p.87 - 92, 2008/05

 被引用回数:22 パーセンタイル:72.08(Physics, Multidisciplinary)

We have investigated crystal structures of martensite and intermediate phases in stoichiometric Ni$$_{2}$$MnGa. The neutron diffraction profile of the martensite phase measured at $$T$$ = 4.2 K exhibits four satellites between [2 0 0] and [0 2 0] refrections at incommensurate positions of [$$h$$ 2 - $$h$$ 0] with $$h$$ = 0.428, 0.863, 1.136 and 1.572. The profile of the intermediate phase measured at $$T$$ = 210 K exhibits two satellites between [2 0 0] and [0 2 0] refrections at incommensurate positions of [$$h$$ 2 - $$h$$ 0] with $$h$$ = 0.343 and 1.657. Although each satellite of the martensite phase moves toward its nearest fundamental refrection as temperature increases, that of the intermediate phase does not move significantly. On the contrary, the intensity of each satellite decreases significantly in the intermediate phase as temperature increases while not in the martensite phase. A synchrotron X-ray diffraction and a Rietveld analysis of the result reveal that, for both the phases, the displacement of atoms from the parent phase are represented by a sine wave whose propagation vector is parallel to [1 1 0].

口頭

La$$_{1.37}$$Sr$$_{1.63}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$の圧力下におけるメタ磁性転移

寺井 智之*; 村田 剛志*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

no journal, , 

層状ペロブスカイト型マンガン酸化物La$$_{2-2x}$$Sr$$_{1+2x}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$の金属-絶縁体転移並びに電荷整列相転移などの特徴的な現象は、ほかのペロブスカイト型マンガン酸化物と同様に、電子の有する電荷・スピン・軌道の自由度の間の強い相関に起因することが知られている。特にxが0.3近傍では、わずかな組成の違いにより、磁気構造が大きく異なることが報告されている。最近、La$$_{1.37}$$Sr$$_{1.63}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$(x=0.315)に静水圧を負荷すると、約85Kから110Kの間に新しい磁性相が現れ、磁化曲線に磁化のとびが現れることが見いだされた。しかしながら、この新しい磁性相の磁気構造及び磁気転移過程はいまだに明確にはされていない。そこで、La$$_{1.37}$$Sr$$_{1.63}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$単結晶を作製し、静水圧下において中性子回折及び磁化測定を行い、この磁性相の磁気構造及び磁気転移過程を明らかにした。大気圧下では約85Kで磁化容易軸がc軸方向からab面内方向へ回転し、約85Kから95Kの間ではキャント反強磁性を示し、さらに、約110Kで常磁性へ転移することがわかった。一方、0.8GPaの静水圧下では、約80Kから100Kの間ではキャント反強磁性相が現れ、約100Kから120Kの間は反強磁性相を示すことがわかった。これらの結果より、大気圧下において既にキャント反強磁性相が存在しており、さらに、静水圧の負荷により、キャント反強磁性相及び反強磁性相が安定に存在する領域が広がることがわかった。

口頭

中性子回折によるLa$$_{2-2x}$$Sr$$_{1+2x}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$(x=0.315)の静水圧下における磁気構造解析

村田 剛志*; 串田 悠彰*; 寺井 智之*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

no journal, , 

層状ペロブスカイト型マンガン酸化物La$$_{2-2x}$$Sr$$_{1+2x}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$(x=0.315)は、P$$leq$$1.0GPaの静水圧下において75$$sim$$115Kの温度域で反強磁性相が出現すると考えられていた。本研究ではこの反強磁性を明らかにする目的で、静水圧下における中性子回折実験を行った。その結果、この物質は0.8GPaにおいて約70K以下の温度でc軸方向に磁気モーメントが向いている強磁性(FMuniaxial)であり、約70KでFMuniaxialからキャントした反強磁性(CAFM)に転移し、さらに温度が上昇すると約105KでMnO$$_{6}$$二重層内では磁気モーメントがab面内方向に平行に配列し、それらの層間で反平行に配列している反強磁性(AFMplanar)に転移することを明らかにした。

口頭

Ni$$_{2}$$MnGa合金単結晶を用いたマルテンサイト相及び中間相の中性子回折

串田 悠彰*; 福田 康太*; 寺井 智之*; 福田 敬*; 掛下 知行*; 大庭 卓也*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

no journal, , 

Ni$$_{2}$$MnGa合金のマルテンサイト相(M相)は10層周期構造であると考えられてきたが、粉末中性子回折や粉末X線回折を用いた構造解析から14層周期構造であるとの報告もあり、その長周期構造は未だ明確になっていない。本研究では、M相並びに中間相(I相)の長周期構造を調べることを目的に、単結晶試料に加圧治具を用いてシングルバリアント状態にして中性子回折実験を行った。その結果、M相は10層周期ではなく、14層周期に近い長周期構造であり、I相は6層周期に近い長周期構造を有することを初めて明らかにした。

口頭

中性子回折によるLa$$_{2-2x}$$Sr$$_{1+2x}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$(x=0.307)の磁気構造解析

園村 浩介*; 寺井 智之*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

no journal, , 

層状ペロブスカイト型マンガン酸化物La$$_{2-2x}$$Sr$$_{1+2X}$$Mn$$_{2}$$O$$_{7}$$は、金属-絶縁体転移,電荷整列転移、及びこれらの相転移に関連した巨大磁気抵抗効果などの興味深い現象を示すことが知られている。この物質は結晶学的に一軸異方性が生じており、通常のペロブスカイト構造を持つマンガン酸化物と比較してより複雑な磁気構造を示すと考えられている。本研究ではx=0.3の組成に注目して、良質な試料を作製して中性子回折実験を行い、x=0.3付近の磁気構造を決定した。

口頭

Direct observation of higher order atomistic structure in Ti$$_{50}$$Ni$$_{44}$$Fe$$_{6}$$ at lower temperature phase

Hu, W.; 林 好一*; 八方 直久*; 細川 伸也*; 寺井 智之*; 福田 隆*; 掛下 知行*; 高橋 正光

no journal, , 

The Ti-Ni series shape memory alloys shows novel phase transition behaviours depending on the concentrations of doped third element Fe and only the precursor phenomena are observed when more than 6 at.% of Fe atoms are substituted for Ni. In the present work, we have focused on Ti$$_{50}$$Ni$$_{44}$$Fe$$_{6}$$, which exhibits only a second-order-like parent (P) - incommensurate (IC) - commensurate (C) transition, and investigated the local structure around Fe and Ni by the X-ray fluorescence holography (XFH). We successfully obtained 3D real space local structures at both the P- and C-phases. Cluster-like structure appears around Fe and the direct evidence of the existence of supperlattice structure at C-phase appears around Ni. We discuss structural changes by comparing the microstructures obtained around Fe and Ni at two phases. The results provide hints on the lattice modulation related to precursors of the martensitic transition and direct evidence of superlattice phenomena.

口頭

Precursor phenomena of martensitic transformation in Fe-doped Ti-Ni alloys studied by X-ray fluorescence holography

Hu, W.; 林 好一*; 八方 直久*; 寺井 智之*; 福田 隆*; 掛下 知行*; 高橋 正光

no journal, , 

The gradual changes in the lattice modulation, phonon dispersion and elastic modulus, which are attracting much interest as precursors of the martensitic transition, have been experimentally reported for many materials. However, studying the precursors is difficult because they are immediately followed by the main martensitic transition. Ti$$_{50}$$Ni$$_{44}$$Fe$$_{6}$$, which shows only parent - incommensurate - commensurate phase transition, is a suitable sample for investigating the lattice modulation accompanied by the appearance of the superlattice structure. In the present work, X-ray fluorescence holography technique have been applied for investigating the 3D local structure around Fe and Ni at both the parent and commensurate phases. We will discuss the dynamical structural changes at both phases, and the results will provide hints to the lattice modulation related to precursors of the martensitic transformation.

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