の衝撃合成

研 究 故 文 Ml l 1 1 I r ) l l l I l ) 1 1 1 1 7 T l ) 1 1 T r l 1 1

超伝導体N も3

の衝撃合成

青 木酵故 ●.角告洋三 ●.青 田正典 ●. 田中克己●.藤 原 修三●

日下部正夫叫.川村春樹…●

正方品Nt bSi を出発物flとして衝牢E E椿にJ :る

型超伝苛相の合成を洪みた｡

串軸 定により

以上に加圧 された紳 中に転移温度

を示す租伝苛相が見出され

型立方品が折草合成されることが示 された｡朗を標申物耳としてイ･ /ビー〆

^{ス 7 ,チ} . /〆故 によ り

GPaの儲域で正方瓜の正拍 データを耐定 した

付近で扱劫 された体戟 減少は正方瓜か ら

型立方晶‑の相伝掛 こよるものと考えられる｡

I.

序 論

A3

8の化学乱庇を持ち

型立方品構造をとる 金属間化合物は高い超伝再転捗包 皮T

を示す物質群 として知られているI I ｡元

. 帆

. などの

遷移金属

は仁

,PbなどのT Vb族 もしくはAl ,

Ga

などの Ⅲb 瑛元来である

型立方晶の縫品構 造は単純で

原子がつ くる単組立方格子の各面に

個の

成子が直挽上に等間隔に並んでお り.括血中で は

原子の無限の一次元釣が形成 されている

型金属間化合物I IJ P純な結晶構造を と り,いずれ も

20K

付近の高い

を示す ことか ら.超伝導状感の先 生挽榊にB qして典故･ 埋 没の両面か ら多 くの研究がな されている｡ また.相聞 7イルの繰材 としての応用 研究 も進められてお り,現在乗用化されている超伝尋 コイルには恥

W aなどの金属間化合物が広 く使 われている｡

N

S

は

型化合物中農 も高い

を示す ものと 期待され多 くの合成実験が妖みられてきた｡他のAJ) 塾金属間化合物 と弗な りN b3 S i には

型立方晶が 安定相 として存在 しないため.A, t,ク

t /〆法.蘇 体急冷法,CVD法などに . tろ非平帯状濠の疎椿に よ る薄膜合成が圭舵であった

｡P a J l 専3 ) のよって衝撃

昭和6

年

● 化学技術研究所

〒30

5 茨故県つ くば市

+ +現在の勤漉先 ミドリ安全工業株式会社

〒

埼玉爪革加市稲荷

一

● ● ●金属材料捜柵研究所

〒427

茨城県つ くは市千

O 2 9 8

‑

現在の劫軒先姫路工粟大学

〒110

兵仲良世路市斡写

m L O792碩 ト1 6 6 1

合成がJ lルク状相伝蒔体相の有力な合成鼓であること が示 されて以来,東北大学金研l J , I ,スアラモス国立 研5 ) などで同様な折撃合成実験が行なわれた｡いずれ も回収乗取{. .N

3: 1の藩取扱固鞄を出発筑科 とし.斯学正揺扱.回収 された試料の

滑走

線 回折測定に よる斡遵解析などを行. ?たものである｡ こ れ等の回収突放の結果は次のようにまとめられる｡

(1)

約

以上 に正倍 され た Ⅳ

化合物 は

〜18K

の

を示す｡

(2)

この超伝導体相

型立方瓜である｡

以上の様に

の

型名伝串体が衝撃正抱に より合成 されることが確毘 されている.

上記の回収発毛 如こ用いられたN

の停船故国物は 正方晶N

の他に

i 】 やN

合金を含む混合相 である ｡我 ^{々は,頼伝尋体 格Nb 3 S i の衝撃合成枚鞍を}

より辞 しく研究するために.正方晶系N

S

の単一相 を出発物文として

相の衝撃合食乗取 と共に術 革圧縮曲線上で正方品

相の転移圧力の決定を 妖みた｡

本めでは.術撃合成ならびに衝撃正府滑走の乗教法 とこれ帝の衝撃突放で得られた結果について報告す る｡

2.

実 数

駄科合成

正方血N

S

のJ P一相は.Nt )とSi をアーク敵解 し た後,iE 空中で魚払理 して作成 した

^乱成比

に 押立 したNb(純度

と

i ( 純度

N)を

To r rのア ルゴl /ガス中でアーク酸解 した｡一皮に駿府する駄科 はNbと

合わせて

程度で.融解捜炉からとりだ した洪科の形状は直径約 3 0 7 m .J gさ約 1

mのポ タl /状の固ま りである｡ この柵 には正方品

S

の 他に冷却過程で Nb㌔i の分解に よって生成するNbと

の固溶体用 ( q‑Nb)とN

) の二相が含 まれている｡

正方品は

4

℃の狭い温度範由一 推 定であるの

K6gyさKayaku.Vol.49.No.4.1988 ‑2

乃 ‑

(^tJYtJ1JgtJ Y)^1n)巾 Yu

0

T E M P E R A T 1 0 U R E ( K )

FJ9.3 P^foe^rrm^the^e

a r b e i c l i o t y v ‑ e t r e e m d p m e a r a t e t t 血 m c l u o

a

d

e

6a

Jld

^ 1

(o)sf

1

一

Nb

Si

一〇 ●一

(b)R輔○ver●dml8fertd

l l

20 30

40 50

20(CU‑Ka)

Fb.

4 ^Ⅹ

( Fq 18 y di f

^{姐 g}

l . 31)

m e r e

N

軸 e d

t ot heo b s e r y e

ksa r eg

v e no n

0

t

t

pn

cell.

撃按が荊 両 統に到着 したとき消失す

る｡従って.駆動 坂上および湘定飲料上で反射光が消えた時間と湘定

駄 科の好 きか ら折撃波の速庇を求めることができる｡

蜂巣と考嚢

合成および正揺串掴定に用いたN

i

飲料

扱回 折洞定 より.全体の される

8m℃の高直下では.rNb+N

以上が正方瓜であることが示 b s Si r N

の反応が進むが

時間の長時間

赦免理によ って も未反応のd rNbと恥 S i J相がわずかに玖る

X

線回折突放から求められた格子定故は

Cき5.189A

で,計井守

/ dはア

ル中}デ

まで

湘定 された. ミル ク中

/ d と非常に良い 一女

を示 した一

推定圧力 5 6 G Paお よび80GPaまでh正 された飲料

^T

ト

ー

y

p

c aJst

r e or dE

o

c ky e I ∝i t y m

e

me n t .

の連な串の温度変化脚定の結果を

3

に示す｡い ずれの駄科において も.

と

付近

に相伝尋転 移が観耐 された

の転移はq‑Nb相

の転移{･ ある 那

の軽砂は出苑物封には悦郎 され

ず.衝撃正 椿に よって新たに出現 した ものであ る

Pa

まI C 加正 した試料の

^{線回折J tタ}

^{I /を出}

先物男のバター ンと共に

に示す｡回収駄科の

回折 ピークは ピー ク栂が広がっているものの.すべて

正方晶

S

の結 晶体為に基づいて持

故付けができ衝撃正輪による新た など‑タの出現は硯朗されな

15K

の転移

塾N

S かった｡

が合成

された ことを示 してるい もの考え られ る｡文献に よれ

l

S相の超 伝導転移温度は

であ り.

15

相以外で

以上の転移温度を示す相は報告 され

ていない

繰回折パ ター. /には明確に

相

の存在を示す ピー クは奴曲 されていないが. これは

15

相 と正方品の 結晶構造が似ているため.それぞれの

回折 ピークの分 鮭が容易

でない上.

S相への変換串がわずかであ ったためと考えられ

る｡

なお , Onn ge r等I i円筒型我旺 {･ 正 方曲N

S

を

まで正相

枚回折突放か ら

%

の

相を含むバル ク妖科の回収に成功 したと報告 してい 那 ) ｡

正方品Nb

S

の圧拍串を

. /t = ' ‑〆'

/スマ ッチー /〆 法で求めるため,高速庇カ}ヲで据彫 し

た術帝政速度

の封定例 を

に示す｡ この抑定 {･ ほ,厚 さ

10

PARTICLE VELOCITY(kmls)²¹⁾

叩 細

三

ト lU O l u

NU O H S

Fig.6

S

yd

pa

t hTt l p

由

l

a

e 点

s expr ess ed a s t h

=5･5+0

･ 83 up ･

物質( 鍋)の衝撃波速度が脚定 されている｡抑定妖将来 面お よび艶動坂上に固定 された庇で反射 された光は

12

k

/ 8の速度

0 m

ィルム上に配燈 され る｡写 英か ら改み取 った術帝政速度は

の二個の拭科は 共に

SでGl は

Sであった｡ この伍か ら.Ct lの初期帯

,折畢正拍特性 t h=

3･91十

1 ･ 51 叫 を用 いて Nb 3 S i の粒子速度を求め ると

7 2b/ Sが得 られ る.故国 された衝撃波適度 t k

とインt i ' ‑ダ' /スマ ッチ･ /グ法によって求められた粒 子速度t J pを

に示す｡ u,とupl 土一針 こ‑次式

=C+S

upで表 され 体節変化を伴 う相転81 ま傾 き

の変化 として牧瀬 され る｡甜定で得 られたt bの屯田 は 0 ･ 5 ‑2 ･ Oh/ Sであった｡

b/ Bではt J Tq,l ま 直線で良 く衷 されて

0

8 3が柑られる｡t b

<0 ･ 8h J s ではデータのパ ラツ牛が大 きくな りupの抑 定価は直線

upの上方に多 く分布 してい

る｡

初期密度

･

8

m と

t bか ら計井 したJ f拍串 を

に示す｡沸定 された圧力領域は

である｡回にはダイヤそl /ドセルを用いた高

線E) 折乗取の括黒 も比較のために示 されていが ) ｡低圧領 域では 術筆 圧椿データは 高圧 線回折突放データと良い 一致を示すが .3

以上の高圧領域では衝撃正梅 下で 上 り匠椿 された状. Q Rが出現す る｡回収襲故か ら 5 6GPaで鵡伝導体相が柑られ ること .3 0

pa以上の 圧力領域{･ 衝撃正村曲扱上に異常が観甜されないこと から. 3

付近の甘皮の増加 ま正方血から

立方瓜への依造転移によるもの と考えられる｡

8.0 9.0

p

10.0 11.0 Fl9.7 Shockcompression

da

'

di t ･

hcdoAdataareabeplottedforcompanson.

ここで.滅定法に屯田す る問題点 として.

以上の圧力角境で得られたデータは高圧相の PL I P曲投 を衷 していない点を蒋摘 してお

で示 される 帥 配位では最初に紳 衷面に到着 した師撃政が槌拘 され る ｡F短. 7 か ら 3

以上の圧力儲域では.秩 科中に二瓜衝撃波構造が.すなわち正方瓜

5相 の相伝移鼓 と A‑ 1 5 相の衝 撃 正府政が出現 していると 考えられる.鶴田 された叫 は,従 って.先行する相

‑27 6‑

薬 火薬

転移波の速度であ り.この他を用いてイ ･ /ど‑〆. /ス 1 7ナチ ' /〆法に よって求めた PI Pデータは A‑ 1 5型高 圧相の正 しい億を示 していない｡本突放では,均一で 大きな妖科が何られないため

に示す ような妖科

･反射鈍配

位で術中波速庇を沸定 した｡高圧相の正 し い 野 草 正抱データを侍るためには依斜庇法による自由 寂面速庇の 二正横 道の脚定などをすれば良いのである 那. この甜定には大 きな妖料が必賓であ り.今後の裸 哩である｡

4.まとめ

正方瓜N

S

を出発物質 として.超印 体相の術早 合点を妖みた｡回収駄科の並立串軸受から相伝尋転移 温度 l SK を示す新たな相が見出 され,転移色度か ら A‑ 1 5型立方品が合戎 された と考えられ る｡桐 を摂申 物 質 と して イ ･ /ビー 〆 . /ス ー ,チ ･ / 〆法 に よ り 2 0‑1 1 0 GPaの領域で正方品の正拍 データを油定 した｡

特 られ た衝撃E E拍曲線は 3 0GPa付近に休耕減少を示

すが. これは正方晶か ら A‑ 1 5型立方血への構造相転 移に よるものと考えられ る｡

文 微

1

)D. De wI Hu g b e s , Cr y o g e n i c 8 , 4 3 5( Au p 8 t . 1 9 7 5 ) 2 ) 川村春樹,応用物理 ,5 0 ,5 4 7( 1 9 8 1 )

3 )V. M. P a J I . V. P.

i e k s c m k i i . A. G. Po pv . Y. I . Bde

s , L. M. Yu p

a n dV. V. Ⅴ

. J ETP L et ･ t e r S21 . 2 2 8( 1 9 7 5 )

4)S.Ohsh

i z t

Sm

d

m

Got o

Y. Sy o 7

S o 払 dSt a t eCo mmt n.

8 , 9 2 3( 1 9 8 1 ) 5 ) A, O

a J I d L R. N ev 的 S o u dSa t eCbn･

t

mn.

7 , 6 1 3( 1 9 81 ) , G. A. S

w B. O

a n d L R.Ne wk i r k, hi d , 3 9 , 5( 1 9 8 1 )

6)甘木

昏乱 角軒洋三.青田正典.田中克己,藤原 修三, 日下部正夫

^川村称桝 ,妨2 2 ^{回高E E肘曲会}

aF 演要 旨集. 5 6( 1 9 8 1 )

Shoc kSyn t he s i sofSup er c onduc t i n gNb3 Si

b y冗.AO K I .Y.KAm AT E .M.YOSHI DA. K.TANAKA,S.

u ,

M.KUSAKABE●aJldH.

KAWAMURA+ +

Te bq o n a lN ^{b3 Si}

^{c o mpr}

s s e dunde rs h o c kl 呪di n g t o s y n t h e s i z e

nA‑ 1 5

s up e r c o n d uc t i n gp ha s e.Pe r me a bn i t ym

as t we me nt so ft her ∝o y e r e dma t e r ia l sl o a de dt o 5 61 m GPas ho

a na pp飽r anC e O fane w s upc m n duc dn gp

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‑1 5. 5 K, Su g ･

g

gt hat t het e t r a go n a lph z L S et r a ns f or me d i n t ot hes

c o ndu血 gp h a s e.n e

o c k c o mpr e s s i o no ft e 軸 na INb3 Si w

s om

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d a nc ema t c hi n gme t

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t

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w r a nge2 0 ‑1 1 0GPa. n evdu m er e duc t i o no b紀r ▼ e dn e w 30 GPaⅦ pr o ba bl y a t t r i l

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771