異なるアモルファス材料系に意外な共通点~酸化物にも密なランダム原子配列~

2025-08-06 早稲田大学

早稲田大学と産総研の研究チームは、アモルファス金属酸化物(HfO₂)とアモルファス合金(Zr₈₀Pt₂₀)が、共通の「ランダム稠密充填構造」を持つことを世界で初めて実験的に確認しました。オングストロームビーム電子回折と多面体コード解析により、両材料にドコサヘドラルクラスターが存在することが判明。これにより、異なる材料系に共通する構造理解が進み、新しいアモルファス材料設計や技術開発に貢献することが期待されます。

異なるアモルファス材料系に意外な共通点~酸化物にも密なランダム原子配列~
図1 HfO2アモルファス金属酸化物中で観察されたドコサヘドラルクラスターから成る局所原子配列

<関連情報>

非晶質材料の根本的な構造的類似性の証拠 Evidence of underlying structural similarities of amorphous materials

Akihiko Hirata,Kengo Nishio,Masayuki Okugawa & Ryusuke Nakamura
Communications Materials  Published:29 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s43246-025-00894-0

Abstract

Amorphous metal oxides are generally thought to be structurally different from metallic glasses because of the different types of bonding, such as ionic, metallic, and covalent. While amorphous metal oxides consist of metal atoms surrounded by oxygen atoms, metallic glasses resemble the dense random packing (DRP) of hard spheres. However, a theory suggests that the two different classes of materials have underlying structural similarities. Here, using angstrom-beam electron diffraction (ABED) and the polyhedron code, we provide experimental support for the theory by presenting evidence that the Hf sublattice in amorphous HfO2 contains atomic clusters dominated by pentagonal bipyramids, DRP’s key structural feature. We further observed remarkable similarities between the Hf sublattice and Zr80Pt20 metallic glass, together with distinct differences from amorphous Si and SiO2, which have open tetrahedral-bond-network structures. These findings pave the way for a deeper understanding of the universality of glass structures and their connection to material properties.

0703金属材料
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