negative muon spin spectroscopy for ion diffusion measurements
Project/Area Number |
20K21149
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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Research Institution | Comprehensive Research Organization for Science and Society |
Principal Investigator |
杉山 純 一般財団法人総合科学研究機構, 中性子科学センター, 特任研究員 (40374087)
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Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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Keywords | 負ミュオンスピン回転緩和 / 固体内物質移動 / イオン拡散 / 電池 / リチウム / ミュオンスピン回転緩和 / 負ミュオン / リチウム電池 / 拡散 |
Outline of Research at the Start |
電池等の機能発現に重要な「固体内のイオンの拡散運動」をミュオン素粒子を用いて調べる研究である。特に正のミュオン素粒子と負のミュオン素粒子の両者を使い、その性質の相違を活用して、試料中で拡散するのがミュオンではなくイオンであることを確認しながら、イオンの拡散係数を測定する。各種電池材料の測定から、イオンの拡散を律する要因を抽出し、より良い電池材料の開発につなげる。
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Outline of Annual Research Achievements |
電池等の機能発現に重要な「固体内のイオンの拡散運動」をミュオン素粒子を用いて調べる研究である。特に正のミュオン素粒子と負のミュオン素粒子の両者を使い、その性質の相違を活用して、試料中で拡散するのがミュオンではなくイオンであることを確認しながら、イオンの拡散係数を測定する。各種電池材料の測定から、イオンの拡散を律する要因を抽出し、より良い電池材料の開発につなげる。 以下の電池材料、Li[Ni0.5Mn1.5]O4とLi4Ti5O12(共にスピネル構造)とLiMnPO4(オリビン構造)について、正と負のμSRにより、室温以上での拡散種がLi+イオンであることを確認した。またLi金属のμ-SRを広い温度範囲で測定した結果、ミュオニックLi(Li核に捕獲されたμ-)からのμ-SR信号は時間依存しないバックグラウンドとして扱えることが明らかとなった。これによりμ-SRスペクトルの解析は極めて容易となった。また同一試料を正と負のμSRで測定する「μ+-SR」を世界で初めて実施し、この手法を確立した。また電池材料のみならず、超伝導材料中の内部磁場測定にもμ+-SRが有用であることを示した。 μ-SRによる拡散種同定と平行して、動作状態の電池内での拡散測定を行うと言う野心的な「オペランド測定」にも挑戦した。その結果、LiCoO2とLi金属電池、Na0.7CoO2とNa金属電池において、充放電による自己拡散係数の変化を明らかにした。本測定手法は全固体電池にも適用できるので、今後更に利用が拡がると予想している。
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Report
(4 results)
Research Products
(76 results)
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[Journal Article] Magnetic phase diagram of Eu1-xCaxCo2P2 determined using muon spin rotation and rotation2024
Author(s)
I. Umegaki, K. Moriyama, K. Yoshinaga, K. Ohishi, F. Elson, U. Miniotaite, R. Palm, M. Mansson, O. K. Forslund, S. Sugiyama, G. D Morris, B. Hitti, C. Michioka, H. Ueda, K. Yoshimura, and J. Sugiyama
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 109
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[Journal Article] Magnetic Properties of Multifunctional 7LiFePO4 under Hydrostatic Pressure2023
Author(s)
Miniotaite Ugne、Forslund Ola Kenji、Nocerino Elisabetta、Elson Frank、Palm Rasmus、Matsubara Nami、Ge Yuqing、Khasanov Rustem、Kobayashi Genki、Sassa Yasmine、Weissenrieder Jonas、Pomjakushin Vladimir、Andreica Daniel、Sugiyama Jun、M?nsson Martin
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 2462
Issue: 1
Pages: 012049-012049
DOI
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[Journal Article] Magnetic nature of wolframite MgReO42023
Author(s)
Nocerino Elisabetta、Forslund Ola K.、Wang Chennan、Sakurai Hiroya、Elson Frank、Palm Rasmus、Miniotaite Ugne、Ge Yuqing、Sassa Yasmine、Sugiyama Jun、M?nsson Martin
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 2462
Issue: 1
Pages: 012037-012037
DOI
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[Journal Article] The internal magnetic field in a ferromagnetic compound Y2Co12P72023
Author(s)
Ohishi Kazuki、Ohta Hiroto、Kato Yusuke、Katori Hiroko Aruga、Forslund Ola K.、Nocerino Elisabetta、Matsubara Nami、Konstantinos Papadopoulos、Johansson Fredrik O. L.、Sassa Yasmine、M?nsson Martin、Hitti Bassam、Arseneau Donald、Morris Gerald D.、Brewer Jess H.、Sugiyama Jun
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 2462
Issue: 1
Pages: 012008-012008
DOI
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[Journal Article] Pressure driven magnetic order in Sr1-xCaxCo2P22022
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Forslund Ola Kenji、Andreica Daniel、Sassa Yasmine、Imai Masaki、Michioka Chishiro、Yoshimura Kazuyoshi、Guguchia Zurab、Shermadini Zurab、Khasanov Rustem、Sugiyama Jun、M?nsson Martin
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 12
Issue: 1
DOI
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[Presentation] 3次元ハニカム構造を有するβ-ZnIrO3のμSR2024
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杉山 純, 大石一城, 梅垣いづみ, 原口祐哉, 香取浩子, Rasmus Palm, Yuqing Ge, Frank Elson, Martin Mansson, Ola K. Forslund, Daniel Andreica, Bassam Hitti, Gerald D. Morris, Thomas J. Hicken, Janas Krieger, Christopher Baines, Hubertus Luetkens
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