先端X線利用による回折結晶学の再構築

• Project Area: Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity
• Project/Area Number: 17H05328
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 西堀 英治 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10293672)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 放射光 / 回折 / ナノ領域 / データ解析 / モデリング / X線自由電子レーザー / ナノサイズX線 / X線回折 / 結晶学 / 全原子モデリング

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、特に先端X線光源の利用として、X線自由電子レーザーの利用研究を精力的に進めた。特筆すべきことは、高エネルギーを用いた半導体材料等の無機材料の為のシリアルフェムト秒X線回折を提案し、採択率50％の倍率を誇るX線自由電子レーザー施設SACLAの課題に我々のグループが代表として採択されたことである。この提案は、理研SACLAグループとの緊密な共同研究を通じて得た情報を基に、結晶学を必要とする分野での有効活用を検討して見つけることができたものである。具体的には、SACLAで近年利用可能になったばかりの20KeVのX線レーザーを使用し、これまで世界のX線自由電子レーザー研究で広く行われてきたシリアルフェムト秒回折の技術と融合させることで新規なアイディアの提案を生み出すことに成功した。このマシンタイムは2018年の12月に配分され、実験を実施した。施設内研究者との緊密な打ち合わせにより、タンパク質構造解析用に開発されたグリースを使った試料搬送法を無機材料で使用することに成功した。これらによって、１回のマシンタイムで複数のサンプルのシリアルフェムト秒回折のデータを得ることに成功した。また、X線自由電子レーザーのフェムト秒の時間分解能を生かして、フェムト秒の時分割測定をレーザーを照射させたサンプルに対して試み、時間差を0から300フェムト秒で変化させたデータの測定にも成功した。データ解析では、タンパク質構造解析で培われたシステムが無機材料では全く利用できないことも分かった。このデータ処理法の開発が次の課題である。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hydrothermal reactor for in-situ synchrotron radiation powder diffraction at SPring-8 BL02B2 for quantitative design for nanoparticle (2019)
  • Author(s): Fujita Tomoki、Kasai Hidetaka、Nishibori Eiji
  • Journal Title: The Journal of Supercritical Fluids Volume: 147 Pages: 172-178
  • DOI: 10.1016/j.supflu.2018.10.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic-scale phonon scatterers in thermoelectric colusites with a tetrahedral framework structure (2019)
  • Author(s): Suekuni Koichiro、Shimizu Yuta、Nishibori Eiji、Kasai Hidetaka、Saito Hikaru、Yoshimoto Daichi、Hashikuni Katsuaki、Bouyrie Yohan、Chetty Raju、Ohta Michihiro、Guilmeau Emmanuel、Takabatake Toshiro、Watanabe Kosuke、Ohtaki Michitaka
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry A Volume: 7 Issue: 1 Pages: 228-235
  • DOI: 10.1039/c8ta08248k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tightly binding valence electron in aluminum observed through X-ray charge density study. (2018)
  • Author(s): T. Sasaki, H. Kasai and E. Nishibori
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 8 Issue: 1 Pages: 11964-11964
  • DOI: 10.1038/s41598-018-30470-1
  • NAID: 120007133844
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure factors and charge-density study of diamond at 800K (2018)
  • Author(s): Deguchi Yuka、Nishibori Eiji
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section B Structural Science, Crystal Engineering and Materials Volume: 74 Issue: 6 Pages: 651-659
  • DOI: 10.1107/s205252061801497x
  • NAID: 120007128113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Retreat from Stress: Rattling in a Planar Coordination (2018)
  • Author(s): Koichiro Suekuni, Chul Ho Lee, Hiromi I. Tanaka, Eiji Nishibori, Atsushi Nakamura, Hidetaka Kasai, Hidetomo Usui, Masayuki Ochi, Takumi Hasegawa, Mitsutaka Nakamura, Seiko Ohira‐Kawamura, Tatsuya Kikuchi, Koji Kaneko, Hirotaka Nishiate, Katsuaki Hashikuni, Yasufumi Kosaka, Kazuhiko Kuroki, Toshiro Takabatake, 他1名
  • Journal Title: Advanced Materials Volume: 30 Issue: 13 Pages: 1706230-1706230
  • DOI: 10.1002/adma.201706230
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation and characterization of hydrogen boride sheets derived from MgB2 by cation exchange (2017)
  • Author(s): Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Nguyen Thanh Cuong, Satoshi Tominaka, Masahiro Miyauchi, SoshiIimura, Akihiko Hirata, Naoto Umezawa, Susumu Okada, Eiji Nishibori, Asahi Fujino, TomohiroFujimori, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 139 Issue: 39 Pages: 13761-13769
  • DOI: 10.1021/jacs.7b06153
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Accurate structural studies of functional materials using synchrotron radiation X-ray powder diffraction (2017)
  • Author(s): Eiji Nishiobri
  • Organizer: The International Conference on High-Performance Ceramics (CICC-10)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] An approach to identify the atomic arrangement in nanometer range-size (2017)
  • Author(s): Hantaro Ozawa, Eiji Nishibori, Yutaka Moritomo
  • Organizer: 24th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography,
  • Int'l Joint Research