构造量子临界点付近の结晶性固体叠补1-xSrxAl2O4が结晶?非晶质両方の性质を併せ持つことを発见

构造量子临界点付近の结晶性固体叠补_1-xSr_xAl₂O₄が结晶?非晶质両方の性质を併せ持つことを発见

2022年10月28日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　准教授　南部雄亮

【発表のポイント】

结晶质固体である叠补_1-xSr_xAl₂O₄が、构造量子临界点付近の化学组成において、非晶质固体で一般に见られる低热伝导率を示すことを発见。
原子配列にずれが生じることで、非晶质的な特性を引き起こすことを解明。
ロケット用断热材等への応用が可能な、结晶と非晶质の性质を併せ持つハイブリッド材料実现が期待。

【概要】

大阪公立大学大学院工学研究科石井悠衣准教授、国立研究開発法人物質?材料研究機構佐藤直大研究員、森孝雄グループリーダー、东北大学金属材料研究所南部雄亮准教授、J-PARCセンター河村聖子研究副主幹、村井直樹研究員、公益財団法人高輝度光科学研究センター尾原幸治主幹研究員、河口彰吾主幹研究員らの研究グループは、Ba_1-xSr_xAl₂O₄（図1）の特定の原子振动が、构造量子临界点付近の化学组成において乱れた状态で停止し、原子配列に部分的にずれが生じることで、结晶と非晶质両方の性质を併せ持つ状态になることを発见しました。

物质の性质が不连続に変化する现象を一般に相転移といい、结晶质固体が示す代表的な相転移として、结晶の构造が変化する构造相転移があります。通常、构造相転移は有限温度で起こりますが、结晶の化学组成をコントロールすることによって、构造相転移温度を絶対零度（摂氏?273度）まで引き下げることが可能であり、絶対零度でのこの相転移点は「构造量子临界点」と呼ばれています。

本研究では、音波のような振动パターンを持つ原子振动（音响ソフトモード^※1）によって构造相転移する结晶质固体叠补_1-xSr_xAl₂O₄に着目し、構造量子臨界点を示すSr組成（x = 0.1）付近での結晶構造や原子振動の状態を、放射光X線、中性子を用いて解析しました。その結果、構造量子臨界組成より大きなSr組成を持つBa_1-xSr_xAl₂O₄は、明らかに结晶质固体であるにもかかわらず、石英ガラス（厂颈翱₂ガラス）と同程度の低热伝导率など、非晶质固体で一般に见られる热特性を示すこと、また、それらの组成では、原子配列の一部が周期性を失っており、これによって原子配列にずれが生じ、非晶质的な热特性を引き起こしていることを明らかにしました。本原理をさまざまな物质に适用することで、结晶の持つ光学的特性や电気伝导性と非晶质の持つ低热伝导率の2つの性质を併せ持つハイブリッド材料の実现が期待でき、ロケット用断热材などの宇宙产业にも応用可能であると考えられます。

本研究成果は、米国物理学会が刊行する国際学術誌「Physical Review B」に日本時間10月28日（金）に掲載されました。