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 | 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発 |
Principal Investigator |
杉山 純 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 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 |
Granted (Fiscal Year 2022)
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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 | イオン拡散 / リチウム / 電池 / 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 |
Liイオン電池の正極材料は、層状岩塩構造、スピネル構造、オリビン構造に大別される。これらについてはmu±SRで核磁場揺らぎの温度依存性を測定し、拡散種がmu+ではなくLi+であることを確認した。この知見を基に、オペランドmu+SR測定によりLixCoO2中のDJを求めたところ、反応面積を規定しやすい薄膜試料の電気化学測定結果とほぼ一致する結果を得た。 Li電池材料のmu-SR測定では、ミュオンLi原子(mu-Li)からの信号が不可避的に含まれる。そこで、Li金属単体のmu-SRスペクトルを室温から5Kまでの温度範囲で測定し、横磁場回転スペクトルが緩和しないことを確認した。これはLi核スピンとmu-スピンの超微細結合磁場が大きすぎて、周囲のLi核による双極子磁場を隠してしまうためと思われる。また、大気中で不安定なLi金属でも安定してmu-SR測定できる測定容器も開発済みである。 種々のミュオン原子の崩壊により発生する異なる寿命のmu-信号からなるスペクトルの解析法については、理論式を導出し[Muon Spin Spectroscopy: An Introduction (Oxford, 2022)]、さらに実験結果に適合する解析法も提案した。これらの実験と解析結果を2022年8月にパルマ(イタリア)で開催されたmuSR2020国際会議で発表した。 ミュオン原子近傍の局所歪みが核磁場へ及ぼす影響については、核磁場を形成するのが双極子磁場なので、影響は少ないと予想している。これは、近接原子間の交換相互作用が重要な電子磁性の場合と比べると大きな相違である。しかしより定量的に影響を見積もるため、ミュオン誘起局所歪み計算の専門家と共同研究を実施中である。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
英国施設のアップグレードがコロナの影響で1年以上遅れた。このため2022年秋に実施予定だったLi電池用固体電解質材料のmu±SR実験が2023年夏以降に延期された。それを除けばLi電池用材料の測定はほぼ終了し、その成果も順調に公開されている。
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Strategy for Future Research Activity |
英国施設での固体電解質の実験により、Li電池材料に関する一連のmu±SR実験はほぼ終了する。結果を論文として公表する。
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Report
(3 results)
Research Products
(59 results)
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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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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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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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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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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
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Pressure driven magnetic order in Sr1-xCaxCo2P22022
Author(s)
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] μ+SR で視る Ca1-xEuxCo2P2 の磁気状態図2023
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Organizer
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J. Sugiyama, K. Ohishi, Y. Sassa, T. Nakano, M. K. Kubo, S. Takeshita, K. Shimomura, E. Nocerino, O. K. Forslund, N. Matsubara, M. Mansson, K. Ninomiya, K. Ishida, A. Hillier, and I. Umegaki
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Jun Sugiyama, K. Ohishi, I. Umegaki, S. Takeshita, K. Shimomura, W. Higemoto, T. Nakano, O. K. Forslund, E. Nocerino, K. Papadopoulos, Y. Sassa, M. Mansson, A. Hillier, K. Ishida, K. Ninomiya, K. Kubo
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