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論文

Hexagonal close-packed iron hydride behind the conventional phase diagram

町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 舟越 賢一*; 佐藤 豊人*; 折茂 慎一*; 青木 勝敏*

Scientific Reports (Internet), 9(1), p.12290_1 - 12290_9, 2019/08

hcp金属Feは、地球の内核に相当する温度圧力条件を含む広い範囲の温度(T)および圧力(P)条件で安定に存在するが、hcp鉄水素化物FeHxは、従来のFe-H系の相図には存在しない。温度298-1073K、水素圧4-7GPaにおけるその場X線および中性子回折実験を行った結果、x$$<$$0.6の範囲でhcp鉄水素化物が生成されることを明らかにした。水素原子は、ホスト金属格子の八面体サイトを部分的にランダムにも占めていた。またHの侵入による体積膨張は、1水素当り2.48(5) $AA $^{3}$$であり、面心立方(fcc)鉄水素化物のものより大きかった。hcp水素化物は、fcc水素化物と異なり、その水素組成xは温度とともに増大した。本研究は、広範囲のx-T-P領域にわたるFe-H系のさらなる調査のための手引きを提供する。

論文

Pair distribution function analysis of nanostructural deformation of calcium silicate hydrate under compressive stress

Bae, S.*; Jee, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 鈴木 裕士

Journal of the American Ceramic Society, 101(1), p.408 - 418, 2018/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:36.43(Materials Science, Ceramics)

ケイ酸カルシウム水和物(CSH)に関する原子レベルの構造や変形機構には不明な点が多い。本研究では、X線散乱法に基づく原子対相関関数(PDF)により、ケイ酸三カルシウム(C$$_{3}$$S)ペースト中に存在するCSH相のナノ構造変形挙動を評価した。単軸圧縮負荷を受けるC$$_{3}$$Sペーストの変形を、ひずみゲージ,ブラッグピークシフト, PDFから求められるマクロからミクロな変形より評価した。PDF解析により、0-20${AA}$の範囲ではCSH相の影響が支配的であること、その一方で、20${AA}$を超える範囲では、他の結晶相の影響が支配的であることが明らかとなった。CSHの変形に支配的である20${AA}$以下の範囲では、塑性変形を示すステージI(0-10MPa)と、弾性変形を示すステージIIの2つの変形過程に分けられることが分かった。その一方で、20${AA}$以上の範囲では、水酸化カルシウムに似た変形を示した。10MPa以下では、層間水やゲル水の移動に伴い、CSHの高密度化を生じたと考えられるが、除荷後には、その移動した水がCSH中に戻ることにより、変形が回復している可能性がある。

論文

Maximizing $$T_c$$ by tuning nematicity and magnetism in FeSe$$_{1-x}$$S$$_x$$ superconductors

松浦 康平*; 水上 雄太*; 新井 佑基*; 杉村 優一*; 前島 尚行*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 福田 竜生; 矢島 健*; 広井 善二*; et al.

Nature Communications (Internet), 8, p.1143_1 - 1143_6, 2017/10

 被引用回数:16 パーセンタイル:13.58(Multidisciplinary Sciences)

A fundamental issue concerning iron-based superconductivity is the roles of electronic nematicity and magnetism in realising high transition temperature ($$T_c$$). To address this issue, FeSe is a key material, as it exhibits a unique pressure phase diagram involving nonmagnetic nematic and pressure-induced antiferromagnetic ordered phases. However, as these two phases in FeSe have considerable overlap, how each order affects superconductivity remains perplexing. Here we construct the three-dimensional electronic phase diagram, temperature ($$T$$) against pressure ($$P$$) and iso-valent S-substitution ($$x$$), for FeSe$$_{1-x}$$S$$_x$$. By simultaneously tuning chemical and physical pressures, against which the chalcogen height shows a contrasting variation, we achieve a complete separation of nematic and antiferromagnetic phases. In between, an extended nonmagnetic tetragonal phase emerges, where $$T_c$$ shows a striking enhancement. The completed phase diagram uncovers that high-$$T_c$$ superconductivity lies near both ends of the dome-shaped antiferromagnetic phase, whereas $$T_c$$ remainslow near the nematic critical point.

論文

Mineralogical characterization of radioactive particles from Fukushima soil using $$mu$$-XRD with synchrotron radiation

甕 聡子*; 向井 広樹*; 綿貫 徹; 大和田 謙二; 福田 竜生; 町田 晃彦; 倉又 千咲*; 菊池 亮佑*; 矢板 毅; 小暮 敏博*

Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 111(5), p.305 - 312, 2016/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:30.18(Mineralogy)

福島土壌粒子から放射能をもつ粒子を選び出し、50ミクロン程度の粒子一粒ごとに鉱物種の同定を放射光X線回折によって行った。板状の風化雲母の粒については様々な度合のバーミキュライト化されたものが見出された。ごく微粒子の塊である土壌粒子からは、長石や石英に加えてスメクタイト状の粘土鉱物が検出された。

論文

Investigation of elastic deformation mechanism in as-cast and annealed eutectic and hypoeutectic Zr-Cu-Al metallic glasses by multiscale strain analysis

鈴木 裕士; 山田 類*; 椿 真貴*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*; 綿貫 徹; 町田 晃彦; 才田 淳治*

Metals, 6(1), p.12_1 - 12_11, 2016/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:82.56(Materials Science, Multidisciplinary)

X線散乱法やひずみゲージによるマルチスケールひずみ解析により、熱処理前後の共晶および亜共晶Zr-Cu-Al三元系金属ガラスの弾性変形挙動を評価した。ダイレクトスペース法やQスペース法により求めたミクロひずみと、ひずみゲージにより測定したマクロひずみとを比較し、それらの相関から共晶および亜共晶金属ガラスの変形機構の違いを明らかにした。共晶Zr$$_{50}$$Cu$$_{40}$$Al$$_{10}$$金属ガラスは、熱処理による自由体積の減少によるミクロ組織の均質化により変形抵抗は向上するものの、流動性の高いWBR(Weakly-Bonded Region)の減少にともなって延性を失うことがわかった。一方、亜共晶Zr$$_{60}$$Cu$$_{30}$$Al$$_{10}$$金属ガラスでは、もともと均質なミクロ組織を有しているものの、熱処理によるナノクラスター形成により、ミクロ組織の均質性および弾性均質性が失われることが分かった。このような熱処理に伴う組織変化は、構造緩和しても、延性や靭性が減少しないという亜共晶金属ガラスのユニークな機械的特性を生み出す要因と考えられる。

論文

Hydrogenation of $$L$$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

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

We investigated the hydrogenation of the $$L$$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 $$L$$1$$_{2}$$ structure (P$$m$$-3$$m$$). In this case, the hydrogen content was calculated to be $$x$$ = 1.0, which is consistent with the experimental results. The AlNi$$_{3}$$H$$_{x}$$ hydride was stable under ambient conditions.

論文

Melting of Pb charge glass and simultaneous Pb-Cr charge transfer in PbCrO$$_{3}$$ as the origin of volume collapse

Yu, R.*; 北條 元*; 綿貫 徹; 水牧 仁一朗*; 溝川 貴司*; 岡 研吾*; Kim, H.*; 町田 晃彦; 榊 浩司*; 中村 優美子*; et al.

Journal of the American Chemical Society, 137(39), p.12719 - 12728, 2015/10

 被引用回数:13 パーセンタイル:37.88(Chemistry, Multidisciplinary)

立方晶ペロブスカイトPbCrO$$_{3}$$が常温常圧において、鉛の価数に関する電荷ガラス状態であり、その結果、鉛の位置にランダムネスのある構造をとっていることを明らかにした。鉛の価数は2価と4価に価数分離しており、鉛の位置は、A-site中心からのシフトが3倍周期の縦波型変調を持つ2つの副格子で表される短距離秩序を持つことを明らかにした。加圧すると鉛-クロム間の電荷移動が生じ、それにより電荷ガラスが解消され、絶縁体-金属相転移が起こることも明らかにした。この圧力誘起の電荷ガラス融解が、PbCrO$$_{3}$$で知られていた大きな体積収縮を伴った立方晶-立方晶の同型構造相転移の起源であることが分かった。

論文

Thermal expansion of a Au-Al-Yb intermediate valence quasicrystal

綿貫 徹; 柏本 史郎*; 石政 勉*; 町田 晃彦; 山本 真*; 田中 幸範*; 水牧 仁一朗*; 河村 直己*; 渡辺 真仁*

Solid State Communications, 211, p.19 - 22, 2015/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.3(Physics, Condensed Matter)

Au-Al-Yb中間価数準結晶の熱膨張をX線回折によって調べた結果、50K以下でゼロ膨張を示すことが明らかとなった。Au-Al-Tm準結晶との比較によって、中間価数状態であるYbの効果を抽出することができ、その結果、温度を下げるにつれてYbが2価に向かって価数が変化することによる負の熱膨張成分が、通常の格子系の正の熱膨張を打ち消していることが明らかとなった。

論文

New PbTiO$$_{3}$$-type giant tetragonal compound Bi$$_{2}$$ZnVO$$_{6}$$ and its stability under pressure

Yu, R.*; 北條 元*; 岡 研吾*; 綿貫 徹; 町田 晃彦; 清水 啓佑*; 中野 紀穂*; 東 正樹*

Chemistry of Materials, 27(6), p.2012 - 2017, 2015/03

 被引用回数:11 パーセンタイル:41.64(Chemistry, Physical)

新しいPbTiO$$_{3}$$型ペロブスカイト化合物であるBi$$_{2}$$ZnVO$$_{6}$$の合成に成功した。正方晶の軸比が1.26と大きな軸異方性を持ち、点電荷モデルから計算される分極はPbTiO$$_{3}$$型ペロブスカイト化合物のなかでは最大を示す。この化合物は圧力誘起構造相転移を起こし、6万気圧で分極のないGdFeO$$_{3}$$型構造へと変化する。

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

 被引用回数:6 パーセンタイル:70.76(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

時分割X線回折によるLaNi$$_{4.75}$$Sn$$_{0.25}$$の水素吸蔵過程における過渡的構造変化の観測

町田 晃彦; 樋口 健介*; 片山 芳則; 榊 浩司*; Kim, H.*; 中村 優美子*

日本金属学会誌, 79(3), p.124 - 130, 2015/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:65.39(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

LaNi$$_{4.75}$$Sn$$_{0.25}$$の水素吸蔵過程における構造変化を放射光を利用した時分割X線回折により調べた。室温での測定で、水素ガス圧力の非平衡状態においてLaNi$$_{4.75}$$Sn$$_{0.25}$$の固溶体相と水素化物相の間に過渡的な中間相が存在することを明らかにした。LaNi$$_{4.75}$$Sn$$_{0.25}$$はこれらの三相共存の状態を経由して水素化物へと転移する。中間相の水素濃度を格子体積から見積もったところ、導入水素圧力に依存しないことがわかった。格子定数の変化から、中間相における水素占有サイトはLa$$_{2}$$Ni$$_{2}$$(Ni,Sn)$$_{2}$$八面体とLa$$_{2}$$(Ni,Sn)$$_{2}$$四面体であることが推測される。

論文

B2型Ti$$_{1+y}$$(Fe$$_{1-x}$$Mn$$_x$$)$$_{1-y}$$ ($$0.2 leq x leq 0.5$$, $$0 leq y leq 0.08$$)合金の水素吸蔵特性の合金組成依存性

榊 浩司*; Kim, H.*; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 中村 優美子*

日本金属学会誌, 79(3), p.112 - 117, 2015/03

 パーセンタイル:100(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

B2型Ti$$_{1+y}$$(Fe$$_{1-x}$$Mn$$_x$$)$$_{1-y}$$ ($$0.2 leq x leq 0.5$$, $$0 leq y leq 0.08$$)合金の水素吸蔵特性の合金組成依存性を調べた。B2型Ti$$_{1+y}$$(Fe$$_{1-x}$$Mn$$_x$$)$$_{1-y}$$ではMn及びTiの添加量にかかわらず、水素吸蔵量の減少は見られず、2段階で水素を吸蔵することが分かった。添加量を増加し、水素化温度を高くしても、2段目のプラトーは平坦性を維持したが、1段目のプラトーはある温度以上になると傾斜が顕著になり、ヒステリシスが消滅した。このことはTi$$_{1+y}$$(Fe$$_{1-x}$$Mn$$_x$$)$$_{1-y}$$には1段目の相変態に関して臨界温度が存在し、その臨界温度はMnおよびTiの添加量とともに低温化することが明らかとなった。

論文

焼き入れ速度がV$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$の水素吸蔵特性に与える影響

Kim, H.*; 榊 浩司*; 浅野 耕太*; 池田 一貴*; 大友 季哉*; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 中村 優美子*

日本金属学会誌, 79(3), p.131 - 136, 2015/03

 パーセンタイル:100(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

V$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$の高温からの焼き入れ速度が水素吸蔵特性に及ぼす影響について調べた。焼き入れ速度の速いV$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$-FQは、焼き入れ速度の遅いV$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$-SQに比べて高い水素吸蔵圧力を示した。さらにV$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$-SQは比較的平坦なプラトーを示したが、V$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$-FQのプラトーは傾斜していた。V$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$-FQの水素吸蔵圧力は15サイクルの間に徐々に減少したが、V$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$-SQでは1サイクル目で若干低い吸蔵圧を示しただけで、15サイクルの間でほとんど変化しなかった。V$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$D$$_2$$-FQ及びV$$_{0.79}$$Ti$$_{0.2}$$Zr$$_{0.01}$$D$$_2$$-SQの平均構造には差が見られなかったが、二体分布関数では55${AA}$以上の領域で局所構造に差が見られた。

論文

Phase diagram of the Eu-H system at high temperatures and high hydrogen pressures

齋藤 寛之; 町田 晃彦; 松岡 岳洋*; 青木 勝敏*

Solid State Communications, 205, p.24 - 27, 2015/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.44(Physics, Condensed Matter)

The phase boundary between the hydrogen rich phases EuH$$_{it{x}}$$-III and EuH$$_{it{x}}$$-IV is determined by X-ray diffraction and infrared absorption measurements. Phase IV is characterized as a high temperature phase of phase III over an investigated pressure range of 4 - 10 GPa. The transition temperature exhibits a maximum value of 550 K at 7 GPa, where the slope of the boundary switches from positive to negative.

論文

fcc Fe中の重水素原子のサイト占有状態

青木 勝敏*; 町田 晃彦; 齋藤 寛之; 服部 高典; 佐野 亜沙美

波紋, 25(1), p.26 - 31, 2015/02

高温高圧力下その場中性子回折によって、fcc Feの固溶体fcc-FeD$$_x$$への重水素化過程を調べた。988K、6.3GPaの条件で重水素化が完了した試料では、重水素は八面体サイトと四面体サイトの両方を占有しており、その占有率はそれぞれ0.532(9)と0.056(5)である。重水素化によって、結晶格子は重水素組成に対して比例的に膨張し、その膨張率は重水素原子1個あたり2.21$AA$^3$$と見積もられた。少量の四面体サイト占有はfcc格子の$$langle 111 rangle$$方向への重水素原子の移動による引き起こされる。これらの結果は地球内部コアの軽元素や水素脆化のメカニズムに新たな知見を与える。

論文

fcc Fe中の重水素原子のサイト占有状態

青木 勝敏*; 町田 晃彦*; 齋藤 寛之*; 服部 高典; 佐野 亜沙美

波紋, 25(1), p.26 - 31, 2015/02

高温高圧下でのin situ中性子回折測定によりfcc Feからfcc FeD$$_{x}$$固溶体への重水素化過程を調べた。988K、6.3GPaで完全に重水素化された試料では、重水素原子は八面体および四面体格子間サイトをそれぞれ0.532(9)および0.056(5)の占有率で占め、0.64(1)の重水素組成xを与える。重水素化の間、金属格子は重水素組成にほぼ線形に1重水素原子当たり2.21$AA${}^{3}$$の割合で膨張する。マイナーな四面体サイトの占有は、fcc金属格子中の$$<$$111$$>$$方向に沿った重水素原子のサイト間移動によって引き起こされる可能性が高い。これらの結果は、地球の核中の軽元素と、鉄金属の水素脆化のメカニズムに影響を与える。

論文

X線および中性子を用いた水素-金属系の構造研究

町田 晃彦

日本結晶学会誌, 57(1), p.34 - 40, 2015/02

この解説はX線と中性子を利用した水素-金属系の最近の構造研究について述べたものである。我々は結晶内の水素と周りの金属原子との相互作用に着目した研究を行っている。水素-金属相互作用は応用として高性能水素貯蔵合金の開発などに重要な知見を与える。X線回折と中性子回折は金属内に侵入した水素による結晶構造変化を調べるための相補的な手法である。典型例としてランタン水素化物における圧力誘起相分離の研究について主に紹介する。

論文

Synchrotron X-ray diffraction techniques for in situ measurement on hydride formation under several gigapascals of hydrogen pressure

齋藤 寛之; 町田 晃彦; 青木 勝敏

Chinese Science Bulletin, 59(36), p.5290 - 5301, 2014/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.81(Multidisciplinary Sciences)

This review covers high-pressure study of hydrogenation process and synthesis of hydrides using a cubic-type multi-anvil apparatus; experimental details of hydrogenation cell assembly, high temperature and high pressure generation and in situ observation technique are presented. Two successful cases of the high pressure hydrogenation are presented; aluminum hydride AlH$$_{3}$$ and aluminum-based alloy hydride Al$$_{2}$$CuH$$_{x}$$ which are potential candidates for hydrogen storage materials.

論文

C15b型Mg$$_{1-x}$$Pr$$_{x}$$Ni$$_{4}$$合金のMg/Pr比制御による水素吸蔵特性の向上

榊 浩司*; 寺下 尚克*; Kim, H.*; Majzoub, E. H.*; Proffen, T.*; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 角掛 繁*; 中村 優美子*; 秋葉 悦男*

スマートプロセス学会誌, 3(6), p.359 - 366, 2014/11

これまでに水素吸蔵合金は数多く報告されており、純金属ではマグネシウム,バナジウム,パラジウムなどが、合金ではLaNi$$_{5}$$, TiFe, TiMn$$_{2}$$などがよく知られている。これらの中でマグネシウムは7.6mass%の水素を吸蔵できることから、貯蔵量からみると有望な水素吸蔵材料である。しかしながら、水素化物が安定すぎるため、水素放出温度が高いという欠点があり、ナノ構造化,元素添加,合金化など様々な取り組みが行われている。マグネシウムを含んだC15b構造のMg$$_{1.0}$$RE$$_{1.0}$$Ni$$_{4}$$合金も合金化の取り組みの一つである。これまでに様々なMg$$_{1.0}$$RE$$_{1.0}$$Ni$$_{4}$$合金の水素吸蔵特性が報告されており、希土類元素の種類や作製方法等の違いによって水素吸蔵特性や水素化物の結晶構造に違いが見られている。そこで、本研究では系統的に希土類元素の種類やマグネシウムと希土類元素の比率を変化させた際に、結晶構造や水素吸蔵特性等の各種材料物性がどのように変化するかを調べた。

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

 被引用回数:19 パーセンタイル:20.02(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。

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