| 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 2024)
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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 / 希土類酸化物 / 高圧相転移 / 時間分解X線回折測定 / 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、理化学研究所共同利用器材SACLAにおいて行った。
厚さ25 μmの酸化モリブデン（MoO3）薄板、厚さ110 μmと50μmの酸化イットリウム（Y2O3）薄板、および厚さ25 μmの酸化ガドリニウム（Gd2O3）薄板を試料として、波長532 nm、パルス幅5 nsの高強度パルスレーザーを照射径φ260 μm、～15 J/パルスのエネルギーで集光照射した。その際の試料の結晶構造を、10 keVでのfsパルスのX線を用いてX線回折法により観察した。MoO3では、前年度の実験よりもレーザー強度を下げたため、溶融は起こらず過渡的な高圧力相に相転移している様子が得られた。 Y2O3はいずれもセラミックス試料であるが、不透明試料と透明試料を用いた。これも過渡的な圧力誘起相転移過程を2 ns間隔という時間幅で観察することができた。Gd2O3では２圧力条件で3 ns間隔での測定を行い、Y2O3同様に高圧力相形成過程を観察できた。併せて、酸化チタン薄膜および80 μmの厚さのコバルトスピネルフェライトセラミックスでも同様の実験を行った。酸化チタン薄膜では、不均質な試料しか用意することができなかったが、４圧力条件で衝撃圧縮下での圧力誘起相転移過程をX線回折により観察できた。コバルトスピネルフェライトでは２圧力条件での測定を行った。試料数が少なかったため、測定時間間隔を選んでの測定となったが、それでも相転移過程が得られた。コバルトスピネルフェライトでの衝撃圧縮研究は初めての試みで、試料が厚いにもかかわらず十分な強度の回折線が得られた。
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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
今年度は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を十分に確保できた。当初年間実施予定の50%程度の実験しか行えていないが、それでも用意した試料を全て調べることができている。また、新たな試料作製法や当初は考えていなかった物質の実験も併せて行うことができ、意義あるデータが得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸化ガドリニウム薄板は小さい粗い粒子と粗大な粒子で構成されていたが、隙間は小さく十分密であり、依然としてハンドリングが難しいが、次回以降の実験に向けてより質の良い試料を大量に製造する。予備的に行った酸化チタンや酸化銅の実験では、XFELで十分なX線回折強度と、レーザー衝撃圧縮による変化が観察できると分かったが、試料作製法を改善し、形状が均一で、特に酸化銅では脆性的ではない試料の作製を試みる。
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