放射光による単分子イメージングの基礎技術の開発

• Project/Area Number: 14655006
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 坂田 誠 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40135306)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西堀 英治 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 講師 (10293672) ; 高田 昌樹 (財)高輝度光化学研究センター, 利用研究促進部門I, 主席研究員 (60197100)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2002: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: マキシマムエントロピー法 / オーバーサンプリング法 / イメージング / 非結晶 / コヒーレントビーム / X線領域の自由電子レーザー / プログラム開発 / シミュレーション / 単分子 / 回析パターン / フラーレン / ナノチューブ / 分解能 / 回折データ / 非結晶物質 / X線

Research Abstract

これまで、結晶物質に対しては情報理論より発達した最も高度なイメージング手法である、マキシマムエントロピー法(MEM)を利用した「X線回折データのイメージング法」開発された。この方法は、原子レベルを上回り電子をイメージングしているので、分子・原子・電子を取り扱う物質科学としては最高レベルのイメージング手法である。しかし、現在の「X線回折データのイメージング法」には、2つの大きな欠点がある。第1は、結晶物質であっても全く構造が知られていない未知構造の物質である場合、X線回折データの可視化をすることが出来ない。第2は、対象とする物質が結晶ではなく非結晶性物質であったり、結晶化するほどたくさんの原子・分子が存在しなかったりする場合である。本研究は、第2の問題を解決する一助として企てた研究である。
研究の主要な目標としては、将来性を考えX線領域の自由電子レーザーが実用化された時に必要とされる技術を目指した。それ故、単分子などの非晶質体の構造決定プログラムを開発することとした。そのプログラムの中にMEMのアルゴリズムを組み込むこととした。単分子の場合でも、電子レベルでのイメージングには、MEMが最も適していることは疑問の余地がないと考えた結果である。
現在、プログラムの開発は終了し、実用に供される段階にある。それを実証する為に、まず、フラーレン1分子の場合のシミュレーションを行い、これまでのフーリエ法を使用する場合に比べて、良好なイメージングを行うことが出来ることを確認した。さらに、シミュレーションではなく収束電子線回折により測定されたカーボンナノチューブの回折パターンを用いて、イメージングを行い、本研究で開発した方法が有効であることを示した。
本研究は、萌芽的研究である為本格的な研究成果は今後の研究動向を待たなければならないが、コヒーレントビームの必要性を先駆的に示した点が大きな成果と考えている。

Research Products

• [Journal Article] Charge density study under high pressure (2004)
  • Author(s): Sakata, M, Nishibori, E, Ohishi, Y, Moritomo, Y, Takata, M 他3名
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Solids 65 Pages: 1973-1976
• [Journal Article] Charge density level structures of endohedral metallofullerenes By the MEM/Rietveld method (2004)
  • Author(s): Takata, M., Nishibori, E, Sakata, M, Shinohara, H
  • Journal Title: Structure and Bonding 109 Pages: 59-84
• [Journal Article] Direct observation of bonding and charge ordering in (EDO-TTF)_2PF_6 (2004)
  • Author(s): Aoyagi, S, Kato, Yamochi, H, Saito, G, Suematsu H, Sakata, M, Takata, M.
  • Journal Title: Angew.Chem.Int.Ed. 43 Pages: 3670-3673
• [Journal Article] Anomalous endohedral structure of Gd@C_<82> metallofullerenes (2004)
  • Author(s): Nishibori, E, Sakata, M, Takata, M, Tanaka, H, Kato, H, Shinohara, H
  • Journal Title: Phys.Rev. B69 Pages: 113412-113412
• [Journal Article] Direct observation of charge transfer in double-perovskite-like RbMn[Fe(CN)_6] (2003)
  • Author(s): Kato, K, Moritomo, Y, Takata, M, Sakata, M, Hashimoto, K 他4
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. 91 Pages: 255502-255502
• [Journal Article] Charge density measurement in MgH_2 by synchrotron X-ray diffraction (2003)
  • Author(s): Noritake, T, Towata, S, Seno, Y, Nishibori, E, Takata, M, Sakata, M
  • Journal Title: J.Alloys.Comp. 356 Pages: 84-86
• [Publications] M.Takata, E.Nishibori, M.Sakata, C.R-Wang, H.Shinohara: "Sc_2 dimer in IPR-violated C_<66> fullerene : a covalent bonded metallofullerene"Chem.Phys.Lett.. 372. 512-518 (2003)
• [Publications] H.Tanaka, M.Takata, M.Sakata: "Experimental Observation of Valence electron Density by Maximum Entropy Method"J. Phys. Soc. Jpn.. Vol71.11. 2595-2597 (2002)