| Project/Area Number |
23K04389
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
岸村 浩明 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (40535332)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 衝撃圧縮 / 時間分解X線回折 / XFEL / 酸化モリブデン / 高圧相転移 / 時間分解X線回折測定 / 希土類酸化物 / X線自由電子レーザー |
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| Outline of Research at the Start |
新規材料開発のための圧力による結晶構造制御を確立するための一歩として、従来の手法では「隠されていた」構造相転移中の過渡構造を、レーザー光駆動パルス圧力印加とX線自由電子レーザーによる超短時間パルスX線を用いた時間分解X線回折法により顕在化させることにより、動的な構造相転移過程を明らかにする手法を開拓する。希土類酸化物のうち立方晶から単斜晶を経ないで六方晶へと圧力誘起相転移をするとされるGd2O3を対象とし、実験手法確立のために単斜晶を通るY2O3でも調べる。
加えて、均質な酸化ガドリニウム薄板の作製をするための条件を、酸化モリブデンMoO3薄板の作製法参照にしながら明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
希土類酸化物について、従来の静的な圧力印加では見逃していた過渡的な相転移過程を明らかにするため、X線自由電子レーザー（XFEL）と高強度レーザーを組み合わせたポンププローブ時間分解回折実験を、共同利用器材SACLAにおいて行った。
厚さ25 μmの酸化モリブデン（MoO3）薄板および、厚さ110 μmの酸化イットリウム（Y2O3）薄板を試料として、MoO3で70～100 GPa、Y2O3で130 GPaのレーザー衝撃圧縮時における、結晶構造変化過程をXFELパルスを用いた時間分解X線回折法により調べた。MoO3では、レーザー衝撃圧縮による溶融とその後のMoO3の高圧力相への高速再結晶化の様子を明らかにした。しかし、作製したMoO3試料は粗大な粒子で構成されている薄板であったため、過剰な温度上昇がおこったために、溶融が起こった可能性がある。加えて、速度干渉計レーザー光を試料が吸収したためか、衝撃圧縮中の状態変化を速度干渉計では調べられなかった。また、Y2O3では、わずか4 nsの間隔で常圧相立方晶C型からB型を経て六方晶A型への相転移を観察した。一方、130 GPaでは明らかなポストA型相の証拠は得られなかった。しかし、測定時間間隔が広すぎたこと、Y2O3でも溶融を疑わせる幅広いX線回折ピークでありかつ複数の相が共存していることから、それぞれの相の存在割合などをリートベルト解析では明らかにすることはできなかった。それでも、酸化イットリウム試料は衝撃圧縮後の試料の回収にも成功し、不可逆相転移起こしていることを確かめた。酸化モリブデン、酸化イットリウムでの圧力誘起相転移過程を調べた例はなく、酸化モリブデンでは衝撃圧縮法による研究は今回が初めての試みである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
主要な実験器材の、共同利用器材であるX線自由電子レーザー（XFEL）（施設名称：SACLA）の割り当て利用時間が想定以上に短い。年間実施予定の10%程度の実験しか行えていないが、より詳細な結晶構造解析法による解析やシミュレーションを援用することで、不足している実験分を補っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
MoO3薄板は粗大な粒子で構成される薄板であったため、過剰な温度上昇が起こった。このため、試料作製温度の最適化を図り、均一な試料かつ粗大な粒子の無い試料を作製する。圧力誘起相転移が起こっているので、その変化過程を調べる。Y2O3試料では、より低い圧力域でも相転移をしていると予想されるので、衝撃駆動レーザー照射径を広げることでより理想的な一軸衝撃圧縮状態かつ必要な衝撃圧力値での実験を行う。加熱酸化により酸化ガドリニウム（Gd2O3）薄板の作製を試みたところ、試料全体はC型Gd2O3であったが非常に脆く容易に破片化したため、均一な試料の大量製造をするため、原材料の大きさや炉内の設置法を検討し、SACLA実験に供する十分な質、量の試料を作製する。
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