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論文

Addendum: Site occupancy of interstitial deuterium atoms in face-centred cubic iron

町田晃彦*; 齋藤寛之*; 杉本秀彦*; 服部高典; 佐野亜沙美; 遠藤成輝*; 片山芳則*; 飯塚理子*; 佐藤豊人*; 松尾元彰*; et al.

Nature Communications (Internet), 15, p.8861_1 - 8861_2, 2024/10

https://doi.org/10.1038/s41467-024-52736-1

被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)

前回の論文(Nature Commun. 5, 5063 (2014))では、988Kと6.3GPaで収集した中性子粉末回折パターンのリートベルト精密化によって、fcc Fe金属格子に溶解したD原子のサイト占有率を調べた。fcc金属格子には、八面体サイトと四面体サイトの2つのD原子収容可能な格子間サイトがある。リートベルト精密化により、D原子は主に八面体サイトを0.532占有し、わずかに四面体サイトを0.056占有することがわかった。その後、Antonov (Phys. Rev. Mater. 2019))による密度汎関数理論(DFT)計算の結果、四面体サイトの占有エネルギーは八面体サイトの占有エネルギーよりも著しく高く、988Kの高温でも四面体サイトの占有は起こりにくいことがわかった。消衰補正は粉末回折パターンに適用されることはまれであり、前回の精密化には含まれていなかった。その結果、八面体の占有率は0.60に増加し、四面体の占有率はゼロに減少した。D原子の八面体サイトのみの占有は、以前の結果とは対照的ではあるが、DFT計算と一致している。

論文

Hydrogenation of 1 $_{2}$ -type AlNi $_{3}$ alloy at high pressure and temperature

遠藤成輝*; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則

Journal of Alloys and Compounds, 645(Suppl.1), p.S61 - S63, 2015/10

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.01.200

被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Physical)

We investigated the hydrogenation of the 1 $_{2}$ -type AlNi $_{3}$ alloy at 3 GPa and 500 $^{circ}$ C using in situ synchrotron radiation X-ray diffraction measurements. An isotropic lattice expansion was observed to have occurred owing to the hydrogenation, and a novel hydride (AlNi $_{3}$ H $_{x}$ ) was formed. Because of such isotropic lattice expansion, the hydrogen-occupied sites were the body-center sites of the 1 $_{2}$ structure (P-3). In this case, the hydrogen content was calculated to be = 1.0, which is consistent with the experimental results. The AlNi $_{3}$ H $_{x}$ hydride was stable under ambient conditions.

論文

Hydrogenation of a TiFe-based alloy at high pressures and temperatures

遠藤成輝*; 斉田愛子*; 中村優美子*; 齋藤寛之; 町田晃彦

International Journal of Hydrogen Energy, 40(8), p.3283 - 3287, 2015/03

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.01.015

被引用回数：16 パーセンタイル：37.49(Chemistry, Physical)

We investigated the hydrogenation of a ternary TiFe $_{0.8}$ Mn $_{0.2}$ alloy under high pressure (up to 6.5 GPa) and at high temperature (up to 600 $^{circ}$ C) by in situ synchrotron radiation X-ray diffraction measurements. A chemical order-disorder phase transition and the formation of body-centered cubic (BCC) hydride were observed. The phase-transition temperature was 400 $^{circ}$ C, which is 200 $^{circ}$ C lower than that of a binary TiFe alloy. A disproportionation reaction, which was observed for the binary TiFe alloy, did not occur at this temperature. The BCC hydride existed stably, and new hydrides were not formed after the BCC hydride became a single phase. Since the unit cell volume of the BCC hydride was almost equal to that of the hydride, TiFe $_{0.8}$ Mn $_{0.2}$ H $_{1.8}$ , under the same pressure-temperature conditions, the hydrogen content of the former was roughly estimated as the same as that of the latter (hydrogen to metal atom ratio = 0.9).

論文

Site occupancy of interstitial deuterium atoms in face-centred cubic iron

町田晃彦; 齋藤寛之; 杉本秀彦*; 服部高典; 佐野亜沙美; 遠藤成輝*; 片山芳則; 飯塚理子*; 佐藤豊人*; 松尾元彰*; et al.

Nature Communications (Internet), 5, p.5063_1 - 5063_6, 2014/09

https://doi.org/10.1038/ncomms6063

被引用回数：66 パーセンタイル：87.18(Multidisciplinary Sciences)

鉄と水素との反応は水素脆性などな材料科学の問題や、地球内核の鉄中の水素の有無なども地球科学の問題を考える上で重要であり、広く興味が持たれている。鉄は高温高水素圧力下において水素化物を形成するが、常温常圧では不安定であるため、水素化物の形成過程や状態を観測するには高温高圧力下でその場観察を行う必要がある。本研究ではJ-PARC/MLFのBL11 PLANETを利用して高温高圧力下中性子回折実験を実施し、鉄の重水素化過程および面心立方晶構造の鉄重水素化物における重水素原子の占有位置と占有率の決定を行い、これまで考えられていた八面体サイトだけでなく四面体サイトの一部も重水素原子が占有することを世界で初めて明らかにした。さらに量子力学的計算に基づいて二つのサイトを占有するメカニズムについて考察を行った。

論文

Li $_{4}$ FeH $_{6}$ ; Iron-containing complex hydride with high gravimetric hydrogen density

齋藤寛之; 高木成幸*; 松尾元彰*; 飯島祐樹*; 遠藤成輝*; 青木勝敏*; 折茂慎一*

APL Materials (Internet), 2(7), p.076103_1 - 076103_7, 2014/07

https://doi.org/10.1063/1.4886219

被引用回数：25 パーセンタイル：68.60(Nanoscience & Nanotechnology)

Li $_{4}$ FeH $_{6}$ , which has the highest gravimetric hydrogen density of iron-containing complex hydrides reported so far, is synthesized by hydrogenation of a powder mixture of iron and LiH above 6.1 GPa at 900 $^{circ}$ C. synchrotron radiation X-ray diffraction measurements reveal that while kinetics require high temperature and thus high pressure for the synthesis, Li $_{4}$ FeH $_{6}$ is expected to be thermodynamically stable slightly below room temperature at ambient pressure; further synthetic studies to suppress the kinetic effects may enable us to synthesize Li $_{4}$ FeH $_{6}$ at moderate pressures. Li $_{4}$ FeH $_{6}$ can be recovered at ambient conditions where Li $_{4}$ FeH $_{6}$ is metastable.

論文

放射光その場観察と高温高圧技術を組み合わせたTi系合金水素化物に関する研究

遠藤成輝; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則

まてりあ, 53(3), p.94 - 99, 2014/03

https://doi.org/10.2320/materia.53.94

放射光その場観察と高圧合成を併用した実験手法を紹介した。本手法を用いることで典型水素吸蔵合金の一つであるTiFe合金の新しい水素化物相(体心立方晶構造)を発見した。

論文

Synthesis and formation process of Al $_{2}$ CuH $_{x}$ ; A New class of interstitial aluminum-based alloy hydride

齋藤寛之; 高木成幸*; 遠藤成輝; 町田晃彦; 青木勝敏; 折茂慎一*; 片山芳則

APL Materials (Internet), 1(3), p.032113_1 - 032113_7, 2013/09

https://doi.org/10.1063/1.4821632

被引用回数：15 パーセンタイル：52.44(Nanoscience & Nanotechnology)

Aluminum-based alloy hydride Al $_{2}$ CuH $_{x}$ (x1) is synthesized by hydrogenating Al $_{2}$ Cu alloy using high-temperature and high-pressure hydrogen atmosphere. Al $_{8}$ Cu square antiprisms in Al $_{2}$ Cu twist around the c axis of a tetragonal unit cell by hydrogenation. The twist enlarges the interstitial spaces for accommodating hydrogen atoms which align linearly parallel to the c axis in Al $_{2}$ CuH $_{x}$ . Thermodynamic stability of Al $_{2}$ CuH $_{x}$ results from the balance of stabilization by H 1s and Al 3sp hybridization and destabilization owing to the Fermi-level lifting upon hydrogenation. The crystal and electronic structures of Al $_{2}$ CuH $_{x}$ illustrate the formation of an interstitial hydride of aluminum-based alloy.

論文

Formation of BCC TiFe hydride under high hydrogen pressure

遠藤成輝; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則

International Journal of Hydrogen Energy, 38(16), p.6726 - 6729, 2013/05

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.03.120

被引用回数：25 パーセンタイル：53.24(Chemistry, Physical)

We investigated the hydrogenation of a binary TiFe alloy at 5 GPa and 600 $^{circ}$ C by in situ synchrotron radiation X-ray diffraction measurements. After formation of a solid solution of hydrogen in TiFe, an order-disorder phase transition in the metal lattice of TiFe occurred, which yielded a BCC TiFe hydride. The unit cell volume of the BCC hydride increased by 21.0% after the hydrogenation reaction. The volume expansition was larger than that of a -hydride TiFeH $_{1.9}$ prepared by hydrogenation near ambient conditions.

論文

Magnetic properties of single crystalline YbFe $_{2}$ O $_{4}$

吉井賢資; 水牧仁一朗*; 松本圭右*; 森茂生*; 遠藤成輝; 齋藤寛之; 松村大樹; 神戸高志*; 池田直*

Journal of Physics; Conference Series, 428, p.012032_1 - 012032_5, 2013/04

https://doi.org/10.1088/1742-6596/428/1/012032

被引用回数：15 パーセンタイル：96.98(Chemistry, Applied)

マルチフェロイック物質YbFe $_{2}$ O $_{4}$ の単結晶試料について、その磁性を調べた。磁気転移温度は250Kと過去の報告値に近かった。また、c軸方向の磁化のほうが、ab軸方向のそれよりも10倍以上大きく、この物質の異方性が観測された。ab面内の磁化については、10K以下で、磁場中冷却した磁化が負となる現象が見られた。これは、磁化が外部磁場と逆向きに向いていることを示し、エネルギー的に不安定な特異現象である。Ybモーメントの磁化がFeのそれと逆に向いており、それが低温で増強されるためと考えた。磁気熱量効果の測定からは、エントロピー変化のピーク値は1Jkg $^{-1}$ K $^{-1}$ とあまり大きくないものの、ピーク幅100K程度の広い温度範囲で見られており、磁気冷凍に有利な性質であることがわかった。これは、この物質系特有の三角格子上の磁気フラストレーションに起因するものと考えられる。

論文

Formation process of perovskite-type hydride LiNiH $_{3}$ ; synchrotron radiation X-ray diffraction study

佐藤龍太郎*; 齋藤寛之; 遠藤成輝; 高木成幸*; 松尾元彰*; 青木勝敏; 折茂慎一*

Applied Physics Letters, 102(9), p.091901_1 - 091901_4, 2013/03

https://doi.org/10.1063/1.4794067

被引用回数：36 パーセンタイル：78.63(Physics, Applied)

The formation process of perovskite-type hydride LiNiH $_{3}$ was investigated using synchrotron X-ray diffraction measurements. A mixture of LiH and Ni was hydrogenated at 873 K and 3 GPa, and the structural changes associated with hydrogenation were observed. Time resolved diffraction profiles showed a three-step reaction: hydrogenation of Ni to NiH $_{x}$ , formation of Li $_{y}$ Ni $_{1-y}$ H solid solution, and conversion to perovskite-type hydride LiNiH $_{3}$ . The solid solution, which has never been reported, plays the role of the precursor in the perovskite formation and its presence is apparently critical for synthesizing perovskite-type hydrides.

論文

Density-functional study of perovskite-type hydride LiNiH $_{3}$ and its synthesis; Mechanism for formation of metallic perovskite

高木成幸*; 齋藤寛之; 遠藤成輝; 佐藤龍太郎*; 池庄司民夫*; 松尾元彰*; 三輪和利*; 青木勝敏; 折茂慎一*

Physical Review B, 87(12), p.125134_1 - 125134_6, 2013/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.125134

被引用回数：22 パーセンタイル：63.56(Materials Science, Multidisciplinary)

A metallic perovskite-type hydride LiNiH $_{3}$ was synthesized based on first-principles prediction. We theoretically examined its electronic structure and found that half of the Ni-H derived antibonding states are occupied and that the modest thermodynamic stability depends on a delicate balance between (1) destabilization and (2) alleviation of compression frustration in corner-sharing octahedra, both of which arise from occupation of antibonding states. Through density-functional analyses of the electronic structure and lattice instability extending over LiH $_{3}$ series ( = Fe, Co, Ni, and Cu), we showed that the balance is in fact reflected in their thermodynamic stability.

論文

Phase diagram and equation of state of TiH $_{2}$ at high pressures and high temperatures

遠藤成輝; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則; 青木勝敏

Journal of Alloys and Compounds, 546, p.270 - 274, 2013/01

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.08.083

被引用回数：6 パーセンタイル：34.21(Chemistry, Physical)

In the present study, we clearly determined the phase diagram of TiH $_{2}$ at high pressures and high temperatures, and were the first to report the equation of state (EoS) of TiH $_{2}$ with an fcc phase. Compression induced strain inhibited the phase transition from the low-temperature bct phase to the high-temperature fcc phase, making the phase diagram difficult to determine. Thus, the phase boundary was appropriately determined using a sample which was treated at high temperature to remove strain. The obtained phase boundary was considerably lower than the experimental data reported by Vennila et al (2008). Additionally, we successfully obtained the high temperature Birch-Murnaghan EoS of TiH $_{2}$ , and reported the thermoelastic parameters of fcc TiH $_{2}$ .

口頭

中性子回折その場観察による重水素化鉄の高温高圧構造研究

町田晃彦; 齋藤寛之; 服部高典; 佐野亜沙美; 遠藤成輝; 綿貫徹; 片山芳則; 青木勝敏; 佐藤豊人*; 松尾元彰*; et al.

no journal, ,

新規水素化物や空孔-水素クラスター形成の研究には格子間水素の情報が必要である。これまで高温高圧下における結晶構造のその場観察はこれまで放射光X線を利用した実験に限られていたが、X線回折では格子間水素の情報を得ることができない。格子間水素を含めた構造決定には中性子回折実験が必要となる。大強度陽子加速器施設J-PARCの物質・生命科学実験施設に超高圧中性子回折装置PLANETが完成したことによって、高温高圧下の中性子回折実験が可能となった。そこで我々は高温高圧下水素流体中における放射光X線回折その場観察技術を改良した中性子回折実験技術の開発と試作した高圧セルを用いて、鉄の水素化過程における中性子回折実験を実施し、高温高圧下における構造解析を試みた。7.4GPaにおいて475 $^{circ}$ Cまで加熱しながら中性子回折パターンの取得を行った。測定時間は120秒であるが、相の同定や格子定数の変化は観測可能なデータの取得ができることが確認できた。

口頭

In situ neutron diffraction measurement on deuterization process of iron at high pressure and high temperature

町田晃彦; 齋藤寛之; 服部高典; 佐野亜沙美; 遠藤成輝*; 綿貫徹; 片山芳則; 飯塚理子*; 佐藤豊人*; 松尾元彰*; et al.

no journal, ,

鉄水素化物は数GPaの高水素圧力下でのみ熱力学的に安定な物質であり、bcc-FeH(), dhcp-FeH(), fcc-FeH()の3つの状態が300-2000K, 0-20GPaで存在することが知られている。これまで、中性子その場観察による鉄重水素化物の研究は行われていないが、J-PARCの物質・生命科学実験施設に建設された超高圧中性子回折装置PLANETを利用して、高温高圧力下での鉄の重水素化反応過程における中性子回折その場観察が実現した。中性子回折用に開発した高圧セルを用いて、7GPa, 1000Kまでの高温高圧力下における中性子回折パターンの測定に成功し、約800Kにおける鉄のbcc-fcc相転移と続いて起こるfcc-Feの重水素化の観測に成功した。

口頭

放射光その場X線回折測定によるTiH $_{2}$ の高温高圧状態図の決定

遠藤成輝; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則; 青木勝敏

no journal, ,

これまで詳細に明らかでなかったTiH $_{2}$ の高温高圧状態図を放射光その場観察を行って決定した。その結果、低温相(正方晶)高温相(fcc)の相転移温度は圧力とともに増加することを明らかにした。

口頭

TiH $_{2}$ の高温高圧相関係

遠藤成輝; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則; 青木勝敏

no journal, ,

これまで詳細に明らかではなかったTiH $_{2}$ の高温高圧相関係と状態方程式を放射光その場観察測定装置を用いて決定することに成功した。

口頭

Hydrogenation of aluminum-based alloys under high pressure

齋藤寛之; 遠藤成輝; 町田晃彦; 片山芳則; 青木勝敏

no journal, ,

Aluminum-based alloy hydrides have been explored to realize lightweight hydrogen storage materials. Iosob et al. have reported an attempt to substitute Mg for Al in AlH $_{3}$ by ball milling a mixture of (1-x)AlH $_{3}$ /xMgH $_{2}$ to control thermodynamic stability of AlH $_{3}$ . Other groups have reported aluminum-alloy hydrides with different crystal structures from AlH $_{3}$ . These hydrides have been synthesized near ambient pressure. Novel aluminum-alloy hydrides are expected to be prepared at high pressures and high temperatures in which conditions passivated aluminum can react with hydrogen fluid. In the present study, hydrogenation reactions of aluminum-based alloys were investigated under high pressure.

口頭

Phase relationship and equation of state of TiH $_{2}$ at high pressures and high temperatures

遠藤成輝; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則; 青木勝敏

no journal, ,

高温高圧で材料を合成する場合、試料の様子を放射光その場観察することで、合成条件を効率的に決定することが可能となる。現在われわれのグループでは、この手法を用いて新規チタン合金水素化物の探索を行っている。しかしながら純チタンの二水素化物であるTiH $_{2}$ の高温高圧状態図も十分に決定されていないため、その場観察の結果を十分に解析することが困難である。本研究では新規チタン合金水素化物探索のために、TiH $_{2}$ の高温高圧状態図の決定を行った。実験は、高温高圧における放射光その場X線回折測定は、SPring-8 BL14B1設置のキュービックプレスを用い、エネルギー分散法により行った。試料は市販のTiH $_{2}$ 粉末(高純度科学、純度99.9%)である。得られた結果の概要を以下に示す。高圧下室温ではTiH $_{2}$ は正方晶構造をとるが、加熱とともに連続的に格子変形を生じ、FCC構造に相転移する。この様子はXRD測定で得られる正方晶由来の(110)(002)Braggピークが、Fcc由来の(200)の1つのピークになることから伺えた。同様の測定を圧力を変えて行い、TiH $_{2}$ の高温高圧状態図を決定した。得られた結果をもとに、新規チタン合金水素化物の探索を行う予定である。

口頭

Determination of a phase diagram of TiH $_{2}$ at high pressures and high temperatures for development of novel Ti-based hydrides

遠藤成輝; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則; 青木勝敏

no journal, ,

The phase diagram and the equation of state (EoS) of TiH $_{2}$ at high pressures and high temperatures (HPHT) conditions are necessary (1) to detect the formation of TiH $_{2}$ by disproportional reactions of Ti-based alloys at HPHT and (2) to investigate chemical reactions between TiH $_{2}$ and other metal hydrides, which would yield new Ti-based alloy hydrides at HPHT. To our knowledge, few HPHT studies have examined TiH $_{2}$ . Moreover, the phase diagram of TiH $_{2}$ was not determined and the EoS of TiH $_{2}$ was not reported. Hence, a more detailed study of TiH $_{2}$ at HPHT is necessary. In the present study, we clearly determine the phase diagram of TiH $_{2}$ at HPHT, and are the first to report the EoS of TiH $_{2}$ with an fcc phase. Compression induced strain inhibits the phase transition from the low-temperature bct phase to the high-temperature fcc phase, making the phase diagram difficult to determine.

口頭

CsCl型Ti(=Fe, Co, Ni)合金の高温高圧水素化反応

遠藤成輝; 石川和宏*; 齋藤寛之; 町田晃彦; 片山芳則

no journal, ,

CsCl構造を有するTi合金の高温高圧水素化反応を放射光その場観察によって調べた。本研究目的は一連のCsCl型Ti合金の高温高圧下における水素化反応過程を調べることである。その結果、Ti(Fe $_{0.50}$ , Co $_{0.50}$ ), TiCo, Ti(Fe $_{0.33}$ ,Co $_{0.33}$ , Ni $_{0.33}$ ), Ti(Fe $_{0.50}$ , Ni $_{0.50}$ ), Ti(Co $_{0.50}$ , Ni $_{0.50}$ )合金で水素吸蔵に伴い規則相のCsCl構造から不規則相のBCC構造へ変化することが分かった。これらの結果はTiFe合金で得られたものと同様であった。TiNiでは水素固溶体を形成した後にTiH $_{2}$ を析出し不均化を生じたが、これはTiNi合金の安定性が低いことに起因するものと考えている。本研究結果からCsCl型Ti合金における高温高圧水素化反応による規則-不規則転移の普遍性が示された。