Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本公募研究では、新たな水素の可視化技術であり、かつ金属中の孤立水素を観測できる数少ない方法である「粉末白色中性子ホログラフィー」を実現し、水素吸蔵物質での水素位置決定、あるいは水素周囲の原子構造観測を目指す。水素はX線、電子線では観測困難な上、孤立水素は回折法では観測できないことから、孤立水素の環境の理解は不十分であるため、本研究が成功すれば、社会的に重要な材料である水素化物の理解と性能向上に大きな貢献ができる。すでに、BドープSiなどでは有望な結果が得られており、本公募研究において水素の専門家のサポートを得て、水素観測を実現したい。
本研究は、「ハイドロジェノミクス」が求める新たな水素の可視化技術であり、かつ金属中の孤立水素を観測できる数少ない方法である「粉末白色中性子ホログラフィー」を実現し、水素吸蔵物質での水素位置決定、あるいは水素周囲の原子構造観測を目指す。水素が格子を組まず孤立して合金中にある場合、通常の散乱実験では観測が困難である。我々は、世界で初めて白色中性子をホログラフィーに用いることで、並進対称性を持たない微少量ドーパントまわりの原子構造を世界最高精度で観測することに成功した。その後、様々な物質での原子構造観測に成功していることから、水素周囲の原子構造を観測することで孤立水素位置を決定できるはずと考えた。その目的の前段階として、2020年度では、大強度陽子加速器施設J-PARC（茨城県東海村）において、Hを吸収させたBドープSiでのB周りの水素像の観測と、粉末試料での一次元ホログラム測定に挑戦した。これらの実験のため、2019年度で導入した高分解能検出器を多検出システム化を行った。まずBドープSiでは、東北大金研折茂研究室との共同研究で軽水素化、重水素化試料の両方を用意し、水素化していない試料とでB周りの原子像を比較した。その結果、軽水素化、重水素化試料の両方で本来原子のない原子間位置に原子像を観測した。軽水素化、重水素化試料で散乱長が反転しており、これは重水素、軽水素の中性子核散乱長の符号が反転することと一致している。このことからB周りの水素の観測に成功したと考えている。また、J-PARCのBL-04において粉末試料での測定の環境構築をすすめ、データのエネルギースペクトル化、および１次元ホログラムと１次元動径分布関数のシミュレーション環境を構築した。これにより、理論値と実験データとの比較が可能となり、データの評価が可能になった。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Phys. Rev. B
Volume: 201 Issue: 5
10.1103/physrevb.102.054104
AIP Advances
Volume: 10 Issue: 3 Pages: 035115-035115
10.1063/1.5143839
http://neutron.appl-beam.ibaraki.ac.jp/
