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; Raman, infrared, and visible absorption spectroscopy久米 徹二*; 大浦 裕之*; 竹市 知生*; 大村 彩子*; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 佐々木 重雄*; 清水 宏晏*; 竹村 謙一*
Physical Review B, 84(6), p.064132_1 - 064132_7, 2011/08
被引用回数：21 パーセンタイル：62.37(Materials Science, Multidisciplinary)ScHの圧力誘起構造及び電子転移を調べるため、ラマン,赤外・可視光吸収スペクトルを室温下、50GPaまで観測した。hcp-中間相と中間相-fcc転移がそれぞれ25GPaと46GPaで観測された。中間相の構造はYHで報告されている長周期構造と同じと思われる。ScHの光学ギャップは1.7eVから減少し、50GPa付近でfcc構造への転移を伴って閉じる。
町田 晃彦; 綿貫 徹; 大村 彩子*; 池田 智宏*; 青木 勝敏; 中野 智志*; 竹村 謙一*
Solid State Communications, 151(5), p.341 - 345, 2011/03
被引用回数：11 パーセンタイル：42.41(Physics, Condensed Matter)ランタンとその水素化物の圧縮率を高圧下放射光X線回折実験により調べた。ランタンを水素中で圧縮するとその組成がH/La=3に近い組成までの水素化物が形成される。水素原子が四面体サイトをすべて占有しているLaH
と四面体サイトに加えて八面体サイトを一部占有しているLaH
の状態方程式を決定したところ、体積弾性率は水素濃度が異なるにもかかわらず同じであるが、ランタンに比べ約3倍になることがわかった。水素化による結晶格子の硬度化は四面体サイトを占有した水素の影響が大きいことを明らかにした。
竹村 謙一*; 綿貫 徹; 大和田 謙二; 町田 晃彦; 大村 彩子*; 青木 勝敏
Journal of Physics; Conference Series, 215, p.012017_1 - 012017_4, 2010/03
被引用回数：19 パーセンタイル：97.37(Instruments & Instrumentation)Neの粉末回折実験を237GPaの超高圧まで行った。特に弱い200反射を観測するために、回折側にチューブクロススリットを設置し、それにより試料以外のアンビルからの散乱X線を大幅に除去することができた。超高圧状態でのNeでは回折線の111と200の位置の圧力依存性には差がみられ、超高圧状態では、大きな一軸性応力が生じていることがわかった。また、解析からは111面が最も影響されないような一軸性応力が生じていることが明らかとなった。
青木 勝敏; 町田 晃彦; 大村 彩子*; 綿貫 徹
高圧力の科学と技術, 18(3), p.273 - 278, 2008/08
構造相転移と電子転移を探索するために金属水素化物の高密度状態の観測を行った。水素原子は金属格子内で変位や移動をして転移を引き起こす。絶縁体-金属転移ではサイト内の変位が、フォトクロミック現象ではサイト間の移動が現象発現を担っていると考えられる。
大村 彩子*; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 中野 智志*; 竹村 謙一*
Applied Physics Letters, 91(15), p.151904_1 - 151904_3, 2007/10
被引用回数：38 パーセンタイル：76.76(Physics, Applied)オレンジ色の透明体であるイットリウム水素化物が、室温下,数万気圧の高圧下でレーザー光照射によって黒化した。透過率の減少は赤外領域にも及び、照射によってフリーキャリアーが生成したことを示唆している。不透明な試料は室温下の熱緩和によって数時間で元の透明体に戻る。フォトクロミズムは金属相の立方晶二水素化物と絶縁体相の六方晶三水素化物の共存状態で顕著に現れ、六方晶単一相では消滅する。水素化物の光学特性が、したがって恐らく電子特性が光照射によって変調されることが見いだされた。
大村 彩子; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 中野 智志*; 竹村 謙一*
Journal of Alloys and Compounds, 446-447, p.598 - 602, 2007/10
被引用回数：20 パーセンタイル：68.29(Chemistry, Physical)Scは同属のLa, Yと同様に水素化物を形成することが知られており、2水素化物(ScH
)及び3水素化物(ScH)は過去に高温・高水素圧下で生成されている。ScHは蛍石型構造をとり金属状態であることが広く知られているが、ScHは大気圧下で不安定なため母体金属の構造以外はほとんど報告がなかった。そこで、われわれは高圧発生装置ダイヤモンドアンビルセルを用いて、高密度の流体水素とScを直接反応させて室温・高圧力下で水素化物を合成し、高圧力下でのSc水素化物のX線回折及び赤外分光を行った。合成したSc水素化物を加圧すると、ScHの形成を経て、圧力5GPa付近でScHが現れた。さらに加圧すると25GPa付近から約20GPaの広い圧力領域で回折パターンは連続的に変化し、45GPaでfccで指数付けできる回折パターンに落ち着いた。
町田 晃彦; 大村 彩子*; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 竹村 謙一*
Physical Review B, 76(5), p.052101_1 - 052101_4, 2007/08
被引用回数：36 パーセンタイル：77.00(Materials Science, Multidisciplinary)ダイヤモンドアンビルセルを用いて高圧力下の放射光X線回折実験を行い、イットリウム3水素化物の圧力による構造変化を詳細に調べている。イットリウム3水素化物YH
はイットリウム原子がhexagonal格子を組み、水素原子は金属格子間に位置している。YHは高圧力下で構造相転移を起し、イットリウム原子は12-22GPaの広い圧力領域に渡る中間状態を経てfcc格子へと変化する。これまで、中間状態のX線回折パターンは高圧相と低圧相との2相共存では説明できないことを明らかにしており、今回、われわれはhexagonal型(
)とfcc型(
)の金属面の積層が周期的に配列した長周期積層構造で中間状態の構造を説明できることを明らかにした。圧力を加えると、このイットリウム格子の長周期積層構造はfcc型の積層成分が徐々に増加しながら最終的にfcc格子へと変化する。こうした長周期構造を経由するhexagonal-cubic構造相転移は、金属格子間に位置する水素原子間のクーロン反発や水素-金属結合が重要な役割を果たしていると考えられる。
by Raman and visible absorption spectroscopy久米 徹二*; 大浦 裕之*; 佐々木 重雄*; 清水 宏晏*; 大村 彩子*; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 竹村 謙一*
Physical Review B, 76(2), p.024107_1 - 024107_5, 2007/07
被引用回数：40 パーセンタイル：79.29(Materials Science, Multidisciplinary)YHのラマン及び可視光吸収スペクトルを高圧下で測定し、構造及び電子転移過程を調べた。ラマン測定の結果は9-24GPaの圧力領域に渡って低圧六方晶と高圧立方晶の間の中間相が存在することを示している。Y金属格子構造と水素原子位置は転移を反映して変化する。可視光測定からは転移に伴って光学バンドギャップが閉じ始めることが見いだされた。
綿貫 徹; 町田 晃彦; 池田 智宏*; 大村 彩子*; 金子 洋; 青木 勝敏; 佐藤 卓*; Tsai, A. P.*
Philosophical Magazine, 87(18-21), p.2905 - 2911, 2007/06
被引用回数：48 パーセンタイル：86.66(Materials Science, Multidisciplinary)われわれは、静水圧的高圧下での構造研究を低温領域でも可能とするため、単結晶振動写真法による低温高圧下X線回折装置を構築した。静水圧技術は微弱な変化,複雑な変化を対象としたときに効果的だが、本装置では、超格子反射や散漫散乱の観測を通じて、5-300K,常圧-50GPaの温度圧力領域で、そのような構造変化を捉えることができる。われわれは、本装置を用いて、準結晶物質群の低温高圧下における構造的性質を調べている。その結果、Cd-Yb合金の近似結晶(準結晶物質と局所構造が同一である結晶物質)において、物質内部に配列するカドミウム原子団が、圧力温度に応じて敏感に向きを変え、5種類ものパターンに及ぶ配向秩序構造を示すという著しい現象を発見した。
青木 勝敏; 綿貫 徹; 町田 晃彦; 大村 彩子
固体物理, 41(11), p.84 - 92, 2006/11
イットリウム金属を流体水素中で圧縮することにより絶縁体である3水素化物YHが合成された。YHは10GPa付近で六方晶から面心立方格子へと構造転移を示し、さらに加圧すると23GPa付近でバンドギャップが閉じる電子転移が観測された。放射光X線回折と赤外吸収スペクトル測定によって見いだされた圧力誘起構造相転移と電子転移を解説する。
阿曽 尚文*; 大和田 謙二; 綿貫 徹; 町田 晃彦; 大村 彩子; 稲見 俊哉; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸*; 廣田 和馬*; 佐藤 憲昭*
Journal of the Physical Society of Japan, 75(Suppl.), p.88 - 90, 2006/08
強磁性超伝導体UGeにおいて、低温高圧下において理論的に予測されたCDWの探索を行った。実験は放射光を用いた振動写真法により行われたが、基本反射強度の10
の範囲でCDWを示唆する反射を観測することはできなかった。
町田 晃彦; 大村 彩子; 綿貫 徹; 池田 隆司; 青木 勝敏; 中野 智志*; 竹村 謙一*
Solid State Communications, 138(9), p.436 - 440, 2006/06
被引用回数：53 パーセンタイル：85.34(Physics, Condensed Matter)本研究ではイットリウム水素化物における圧力誘起構造相転移について、ダイヤモンドアンビルセルを用いて高圧下放射光X線回折実験を行うことにより詳細に調べた。そしてhexagonal-fcc構造相転移が11GPaから20GPaの広い圧力範囲に渡る中間領域を経て可逆的に起こることを確かめた。中間領域の回折パターンはこれまで報告されていたようなhexagonal相とfcc相の単純な二相共存状態では再現することができず、観測されたhexagonal-fcc構造相転移がもっと複雑な相転移であることを明らかにした。また、イットリウム3水素化物のhexagonal相について状態方程式を決定し、体積弾性率が他の希土類金属水素化物のものと同程度になることを明らかにした。本論文ではX線回折実験により得られたデータをもとに圧力誘起構造相転移について議論している。
at high pressure大村 彩子; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 中野 智志*; 竹村 謙一*
Physical Review B, 73(10), p.104105_1 - 104105_7, 2006/03
被引用回数：58 パーセンタイル：86.91(Materials Science, Multidisciplinary)希土類金属のイットリウムは、水素と反応して三水素化物(以下、YH)を形成すると、電子状態が大きく変化して黄褐色に透過した絶縁体となる。YHでは水素は金属格子の四面体サイトと八面体サイトを占有しているが、この金属-絶縁体転移には八面体サイトの水素が関与していると推測されている。われわれは、YHの赤外吸収スペクトルを室温下圧力30GPaまでの加圧過程で測定し、金属-水素間の結合状態を調べた。YHの母体金属格子は圧力10-20GPaで、hcpからfccへ構造が変化する。これに対応する変化が、赤外吸収スペクトルに圧力12GPa付近から現れた。一方、圧力12GPaまでのhcp相の領域で得られた金属-水素間振動モードの圧力変化からモードグリュナイゼンパラメータ値を算出したところ、八面体サイトでは1.91となり、四面体サイトのおよそ3倍の値であった。八面体サイトのグリュナイゼンパラメータ値1.91はほかの共有結合性の物質と同程度であり、このサイトでは水素の1s軌道とイットリウムの4d軌道は混成していると考えられる。また、構造変化が完了したfccの領域の23GPaでは、試料が赤外領域で不透明となり、構造変化を伴わず不連続的にバンドギャップクロージングが生じたことを見いだした。これまで行われた理論計算では、hcpからfccの構造変化を伴う転移もしくは構造変化を伴わずhcp相内での電子転移によるギャップクロージングが提案されていた。しかしながら、今回の結果はこれらのどちらとも一致せず、23GPaで観測したギャップクロージングのメカニズムは未だ不明のままである。
大村 彩子; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 中野 智志*; 竹村 謙一*
Proceedings of Joint 20th AIRAPT - 43rd EHPRG International Conference on High Pressure Science and Technology (CD-ROM), 3 Pages, 2005/06
イットリウム(Y)の水素化物は、金属格子中の水素数によって多彩な物性を示す。この物質では、2つの絶縁体と金属間の転移がある。まず、一つめが金属でfcc構造の2水素化物から絶縁体でhcp構造の3水素化物への転移である。この金属-絶縁体転移に関して理論研究がされており、バンドギャップの形成は金属のd軌道と水素のs軌道の混成によるとの推測がある。もう一方は、絶縁体の3水素化物で見いだした圧力誘起金属化である。Yの3水素化物における金属化もまた、理論計算からおよそ15%の体積減少で生じることが推測されていた。われわれは高圧力下で合成した試料を用いて赤外分光測定を行い、3水素化物の絶縁体-金属転移を圧力23GPaで初めて見いだした。Yの3水素化物が圧力10GPaから20GPaの領域でhcp構造からfcc構造へ変化することが知られている。金属化した23GPaは既にfcc構造への転移が完了しているために、この圧力誘起金属化は構造変化を伴わない電子転移的な変化の可能性が考えられる。
渕崎 員弘*; 藤井 保彦*; 大石 泰生*; 大村 彩子*; 浜谷 望*; 片山 芳則; 岡田 卓
Journal of Chemical Physics, 120(23), p.11196 - 11199, 2004/06
被引用回数：24 パーセンタイル：60.03(Chemistry, Physical)SnIの低圧結晶相の液相線の位置を、約3.5GPaまで圧力下のX線回折その場測定によって決定した。液相線はSimonの式のような単調に増加する曲線にうまく当てはめることはできず、1.5GPa付近で折れ曲がり、それ以降はほとんど水平になる。この結果を分子動力学シミュレーションの結果と比較した。シミュレーションに採用されたモデルポテンシャルを改良する方法について議論する。
綿貫 徹; 町田 晃彦; 大村 彩子; 青木 勝敏; 大和田 謙二; 佐藤 卓*; Tsai, A. P.*
no journal, ,
周期構造を持つ結晶物質に圧力を加えていくと、やがては元の構造に無理が生じ、別な周期構造を持つ結晶へと相転移を起こす。しかし、準周期構造を持つ準結晶物質の場合には、元の構造に無理が生じた結果、どのような構造変化を起こすのかはわかっていない。また、その予測も周期性がないために難しい。しかし、そこに準周期的性質が強く反映されるとも考えられる。そこで、われわれはCd-Yb準結晶に静水圧的高圧力を加え、その構造変化を放射光X線回折実験により観察した。その結果、圧力15GPa以上から長波長の横波型の構造の乱れが可逆的に導入されることがわかった。これは、準周期格子がその完全性を失う初期過程を捉えたものと考えられる。
町田 晃彦; 大村 彩子; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 竹村 謙一*
no journal, ,
幾つかの希土類金属水素化物で高圧下において金属格子のhexagonal構造からfcc構造への相転移が観測されている。特にYHではおよそ20GPaにおいて単相のfcc構造となり、23GPaにおいて金属化を示唆する赤外透過光強度の急激な消失が観測されている。一方、LaH
は常圧で金属格子がfcc構造であり、これまでの研究では21GPaまで構造相転移は観測されていない。また赤外分光実験でも45GPaまで金属化は確認されていない。そこで、われわれはLaHにおいて高圧下X線回折実験を行い圧力誘起構造相転移の探索を行った。ダイヤモンドアンビルセル中にLa金属片と水素を封入し、高圧下で直接反応させて水素化物を合成した。放射光粉末X線回折実験はSPring-8のBL22XUに設置されたDAC用回折計を使用し、60GPaまでの加圧・減圧過程で測定を行った。初期圧力0.5GPaで得られた回折パターンは単相のfcc構造で指数付けができた。これはLaHが合成できていることを示している。加圧をすると20GPaまでは回折パターンに大きな変化は観測されなかった。しかしながら20GPa以上になると、徐々に(200)、(311)反射が顕著にブロードになり、また(220)反射の低角側などに新たな回折ピークが出現する。このようにLaHは高圧下で構造相転移を起こすことが明らかになった。この圧力誘起構造相転移について議論する。
の高圧赤外分光; 光学的性質と振動モードの観測大村 彩子; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 青木 勝敏; 竹村 謙一*
no journal, ,
ダイヤモンドアンビルセル内で高圧合成したスカンジウム3水素化物(ScH)を用いて、室温高圧力下で赤外反射測定を行った。各圧力での構造と光学的性質の対応をつけるため、並行して放射光X線回折実験を行った。試料周りにあるタングステンガスケットの表面からの反射光量を基準として、試料表面からの反射率の圧力変化を観測した。その結果、金属状態の2水素化物はタングステンと同等の反射光量を示すが、3水素化物が形成し始めるとそれに伴って反射光量が減少し、反射率が2割程度にまで落ち込むことがわかった。しかしながら、厚さ
1
m程度のごく薄い試料にもかかわらず、ScHはわずかに赤外領域の光が透過するにとどまり、他の希土類金属3水素化物のように可視光領域での透過はみられなかった。最近の中性子回折実験から、ScHと他の3水素化物では、金属格子の八面体サイトを占有する水素位置が異なることが報告されている。八面体サイトの水素は希土類金属水素化物の電子状態に大きくかかわっていることが推測されており、本研究で得られたScHの赤外分光実験の結果と比較することで、水素占有位置と電子状態の関係についての知見を与えることができる。
青木 勝敏; 町田 晃彦; 大村 彩子*; 綿貫 徹; 竹村 謙一*
no journal, ,
ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を用いて、流体水素と金属の高圧反応による水素化物の合成と放射光X線回折による高圧結晶構造測定を、Sc,Y, Laを対象に室温下、50GPaまでの圧力領域で行った。YHはhcp-fccの構造相転移を、さらに高圧fcc相はバンドギャップクロジャーを起すことが観測された。
町田 晃彦; 大村 彩子*; 綿貫 徹; 青木 勝敏
no journal, ,
希土類金属2水素化物では、水素原子は金属原子の作る四面体サイトをすべて占有しており、八面体サイトは非占有であるため、それに起因した高圧力下における構造・物性が出現すると期待される。そこで本研究では、イットリウム2水素化物において高圧下放射光X解回折実験を行い、その構造の圧力特性を調べた。高圧下粉末X線回折実験はSPring-8のBL22XUに設置されているDAC用回折計を用いて行った。圧力媒体には静水圧性に優れるヘリウムを使用した。およそ35GPaまでは単相の面心立方格子であるが、およそ36GPaで6%ほど格子定数が小さい第2相が出現する。このとき、第2相は面心立方格子であるが、母相は第2相の出現に伴い格子が変形し、正方格子となる。圧力の印加に伴い、母相の変形は大きくなるが、およそ50GPaで急激に歪みが緩和する。第2相の格子定数は母体物質であるイットリウム金属より大きいため、水素は完全に抜けていないと推測される。この観測された相分離は、水素濃度の異なる2つの状態への分解であると考えられる。
