第 3 章 実験結果と議論
3.1.3 背面ラウエ法による結晶方位決定
次に、物性測定のために背面Laue写真で単結晶性と方位を確認した。図3.1.4に CeRu2Al10のa、b、c方向で撮影したLaue写真をそれぞれ示す。これらの実験結果とシ ミュレーション（CrystalMalker社のSingleCrystalソフトウエアー使用）で求めたLaue 写真を比較して、単結晶の方位を確認した。
66
図3.1.4 CeRu2Al10のLaue写真。(a) a方向、(b) b方向、(c) c方向。
b方向は中心に水平から約45度の角度で特徴的な斑点の連なりが見えるので判別し やすい。一方。a方向とc方向はどちらも水平から約55度の角度に斑点の連なりがあ るので、区別しにくい。実際に過去の報告ではa方向とc方向を間違えて測定した報告 があるので、本研究ではこの方位の確認に十分注意した。そこで、ac面内に45度傾け た角度でのLaue写真を判別の基準とした。この方向では、左右はっきりと非対称性が 見えるため、単結晶のa, c軸の判断が容易である。
← a c →
図3.1.5 ac間の45度の角度は特徴的で試料の結晶軸の確認の目安とした。
b
↑
(a) → c
a
↑
(b) → c
b
↑
(c) → a
67
育成されたCeRu2Al10は一見きれいな単結晶に見える。しかし、ほとんどの試料にお いて結晶軸が途中からズレて成長していることが確認された。対称性の低い斜方晶で、
複雑なカゴ状の構造を持つため、結晶育成中に軸がずれて成長すると考えられる。図
3.1.6のLaue写真はa方向の結晶と、ac面内に60度ずれた結晶による回折が重なって
いる。ac面内に60度軸のずれを起こす試料が多いが、ズレの方向に規則性がなく結晶 方位決定が難しい試料もあった。これらの試料は、様々な方向からLaue写真を撮影し、
不要な部分を放電加工機などで切り落とした。第2節以降の物性測定で用いた試料は全 て結晶軸のズレがなく、方向が揃った完全な単結晶試料である。
図3.1.6 ずれた軸を持つCeRu2Al10結晶の典型的なLaue写真。軸のずれた2つの結晶
境界からの散乱斑点が映っている。
他の希土類を持つ8種類のRT2Al10の合成条件は基本的にはCeRu2Al10と同じである が、詳細は付録Aに示す。単結晶の写真のみを図3.3.7に示す。物質や合成条件ごとに 大きさに違いはあるが、ほとんどが大きさ数mmで、粉末X線回折で不純物が見当た らない大型純良単結晶である。これらの試料の多くは結晶軸のズレて成長した領域が確 認され、完全に結晶軸が揃った単結晶はほとんどなかった。
(a) (b)
68
図3.1.7 (a)CeFe2Al10、(b)CeOs2Al10、(c)LaFe2Al10、(d)LaRu2Al10、(e)LaOs2Al10、(f)PrFe2Al10、 (g)PrRu2Al10、(h)PrOs2Al10の単結晶試料。
3.1.4 単結晶構造解析
日本原子力研究開発機構の松田達磨博士（現首都大学東京）と芳賀芳範博士にRT2Al10
(R = La,Ce, Pr、T = Fe, Ru, Os)化合物の単結晶構造解析を行っていただいた。表3.1.3
にそれらの格子定数を示す。Thiedeらの最初の報告によると、LaRu2Al10ではa = 9.214 Å、b = 10.300 Å、c = 9.156 Åで、PrRu2Al10では、a = 9.176 Å、b = 10.267 Å、c = 9.121 Åとb軸が一番長く、次にa軸が長い [10]。しかし、今回の結果では、b軸の次にc 軸、a軸の順に長いという結果になった。この原因は不明だが、おそらく原子位置や 方位の定義の仕方によるものと考えられる。La, Ce, Pr化合物の全てで、T = Os, Feの 順に格子体積は大きい傾向が見られる。しかし、各結晶軸を比較すると、その順番が
(c) (d)
(h) (g)
(f) (e)
69
成り立たない場合もあり、異方的な混成効果がT元素により異なっているのかもしれ ない。
表3.1.3 RT2Al10の格子定数と体積。
Lattice constant a [Å] b [Å] c [Å] V [nm3]
LaFe2Al10 9.0624 (2) 10.2576 (4) 9.1323 (3) 0.8489 (4) LaRu2Al10 9.1572 (3) 10.3043 (4) 9.2229 (3) 0.8703 (5) LaOs2Al10 9.1789 (4) 10.2988 (3) 9.2230 (4) 0.8719 (6) CeFe2Al10 9.0090 (5) 10.2373 (7) 9.0731 (8) 0.8368 (10) CeRu2Al10 9.1300 (3) 10.2848 (2) 9.1885 (2) 0.8628 (4) CeOs2Al10 9.1463 (2) 10.2745 (2) 9.1890 (2) 0.8635 (3) PrFe2Al10 9.0239 (7) 10.2297 (7) 9.0883 (5) 0.8390 (10) PrRu2Al10 9.1287 (3) 10.2727 (2) 9.1822 (3) 0.8611 (4) PrOs2Al10 9.1487 (2) 10.2618 (3) 9.1879 (2) 0.8626 (4)
表3.1.4にRT2Al10化合物の原子位置を示す。これらは過去の報告（文献 [10]）と基
本的には同じであった。
表3.1.4 RT2Al10化合物の原子位置。
Lattice constant Atom site x y z
LaFe2Al10 La 4c 0 0.12206 1/4
Fe 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.22879 0.36123 1/4
Al(2) 8g 0.35129 0.12790 1/4
Al(3) 8f 0 0.16350 0.59898
Al(4) 8f 0 0.37726 0.05147
Al(5) 8e 0.22905 0 0
CeFe2Al10 Ce 4c 0 0.12345 1/4
Fe 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.22930 0.36230 1/4
Al(2) 8g 0.35070 0.12810 1/4
Al(3) 8f 0 0.16050 0.59830
Al(4) 8f 0 0.37630 0.05170
Al(5) 8e 0.22820 0 0
70
PrFe2Al10 Pr 4c 0 0.12343 1/4
Fe 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.22980 0.36200 1/4
Al(2) 8g 0.35020 0.12820 1/4
Al(3) 8f 0 0.16080 0.59840
Al(4) 8f 0 0.37640 0.05130
Al(5) 8e 0.22830 0 0
Lattice constant Atom site x y z
LaRu2Al10 La 4c 0 0.12265(3) 1/4
Ru 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.22541(16) 0.36399(12) 1/4
Al(2) 8g 0.35112(15) 0.13032(11) 1/4
Al(3) 8f 0 0.16293(12) 0.6014(14)
Al(4) 8f 0 0.37779(11) 0.05075(14)
Al(5) 8e 0.22819(17) 0 0
CeRu2Al10 Ce 4c 0 0.12375 1/4
Ru 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.22501 0.36404 1/4
Al(2) 8g 0.35072 0.13025 1/4
Al(3) 8f 0 0.16063 0.60097
Al(4) 8f 0 0.37718 0.05035
Al(5) 8e 0.22745 0 0
PrRu2Al10 Pr 4c 0 0.12421 1/4
Ru 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.22460 0.36408 1/4
Al(2) 8g 0.35050 0.13015 1/4
Al(3) 8f 0 0.16029 0.60090
Al(4) 8f 0 0.37729 0.05020
Al(5) 8e 0.22730 0 0
71
Lattice constant Atom site x y z
LaOs2Al10 La 4c 0 0.12462(4) 1/4
Os 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.22340(18) 0.36534(16) 1/4
Al(2) 8g 0.35077(17) 0.13115(15) 1/4
Al(3) 8f 0 0.16262(15) 0.60210(19)
Al(4) 8f 0 0.37767(16) 0.0495(2)
Al(5) 8e 0.2270(2) 0 0
CeOs2Al10 Ce 4c 0 0.12585(4) 1/4
Os 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.2222(2) 0.36521(19) 1/4
Al(2) 8g 0.3501(2) 0.13146(18) 1/4
Al(3) 8f 0 0.16018(19) 0.6016(2)
Al(4) 8f 0 0.37734(18) 0.0491(2)
Al(5) 8e 0.2251(3) 0 0
PrOs2Al10 Pr 4c 0 0.12625(5) 1/4
Os 8d 1/4 1/4 0
Al(1) 8g 0.2220(2) 0.3651(2) 1/4
Al(2) 8g 0.3500(2) 0.13135(19) 1/4
Al(3) 8f 0 0.16037(19) 0.6016(2)
Al(4) 8f 0 0.37728(19) 0.0487(2)
Al(5) 8e 0.2255(3) 0 0
合計9種類のRT2Al10 (R = La, Ce, Pr、T = Fe, Ru, Os) 化合物で、物性を測定できる大 きさの単結晶試料の作製に成功した。次節からは、CeRu2Al10、CeOs2Al10、CeFe2Al10の 順に測定した物性の結果を示し、それらの物性を考察する。