ソフトクリスタルの放射光その場構造観測

• Project Area: Soft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering
• Project/Area Number: 20H04656
• 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): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: その場観察 / 放射光 / ベイポクロミズム / 放射光その場観察 / 放射光X線回折 / ソフトクリスタル / 溶媒蒸気下 / X線回折 / 粉末X線回折 / 単結晶X線回折

Outline of Research at the Start

本研究では、微弱な外部刺激に応答し特性変化する「ソフトクリスタル」の結晶構造の外部刺激に伴う変化を、放射光を利用した単結晶X 線回折、粉末X 線回折、二体分布関数測定（Pair Distribution Function測定：以下PDF 測定）によるその場観察により解明することを目的とする。また、放射光単結晶X線回折、粉末X 線回折により、領域内で発見された新規物質の構造決定も行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、微弱な外部刺激に応答し特性変化する「ソフトクリスタル」の結晶構造の外部刺激に伴う変化を、放射光を利用したX 線回折によるその場観察により解明することである。ベイポクロミズムのその場観察を行うために、SPring-8と大学の実験室両方でキャピラリー試料の溶媒吸着実験が可能なシステムを構築した。このシステムを利用し、これまでに、領域内の複数の共同研究者と10種類を超える物質について放射光その場観察実験を進めている。また、SPring-8のパートナーユーザー課題、長期利用課題など長期にわたりマシンタイムを利用可能な課題を利用し、小角散乱や80K以下の低温実験も進めている。2018年から入手が特に困難になったHeガスを利用した極低温実験についても、SPring-8で利用可能な環境を確保し、研究を進めている。加えて2020度より、ボールミル粉砕のその場観察実験に向けた装置開発を開始した。
ベイポクロミズムのその場観察については、領域内の共同研究によるPtBu錯体の単結晶を用いたその場観察データの構造解析に成功した。この研究によって、この系の無水物から水和物への相転移には中間相が存在し、中間相自体も単結晶試料であることが判明した。この成果は、領域代表の加藤先生のグループとの共同研究であり、現在までに成果の論文投稿を済ませたところである。
ボールミル粉砕のその場観察実験については、SPring-8にボールミルを設置してのその場観察実験を開始した。これまでに、装置の性能評価用のアルミニウム、ニッケル、銅などの単体金属のボールミル粉砕その場観察実験を進め、問題点洗い出しと、測定方法の確立を行った。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] オーフス大学(デンマーク)
• [Journal Article] Structure Factors and Charge Density Description of Aluminum: A Quantum Crystallographic Study (2022)
  • Author(s): Pal Rumpa、Jayatilaka Dylan、Nishibori Eiji
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry A Volume: 126 Issue: 12 Pages: 2042-2049
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.1c10730
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Complex Structural Disorder in a Polar Orthorhombic Perovskite Observed through the Maximum Entropy Method/Rietveld Technique (2021)
  • Author(s): Manj?n-Sanz Alicia Mar?a、Surta T. Wesley、Mandal Pranab、Corkett Alex J.、Niu Hongjun、Nishibori Eiji、Takata Masaki、Claridge John Bleddyn、Rosseinsky Matthew J.
  • Journal Title: Chemistry of Materials Volume: 34 Issue: 1 Pages: 29-42
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01979
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct observation of one-dimensional disordered diffusion channel in a chain-like thermoelectric with ultralow thermal conductivity (2021)
  • Author(s): Zhang Jiawei、Roth Nikolaj、Tolborg Kasper、Takahashi Seiya、Song Lirong、Bondesgaard Martin、Nishibori Eiji、Iversen Bo B.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 6709-6709
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27007-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical Length for Lattice Expansion of SnO₂ Nanorods and Nanosheets: Implications for Lithium-Ion Batteries (2021)
  • Author(s): Nakamura Ryunosuke、Kasai Hidetaka、Fujita Tomoki、Akamine Hiroshi、Hata Satoshi、Nishibori Eiji
  • Journal Title: ACS Applied Nano Materials Volume: 4 Issue: 9 Pages: 9938-9944
  • DOI: 10.1021/acsanm.1c02615
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of crystal structure and performance evaluation of multi-piezo material of Li₁₋<i>_x</i>Na<i>_x</i>NbO₃:Pr³⁺ (2020)
  • Author(s): HARA Hirotaka、XU Chao-Nan、WANG Ruiping、ZHENG Xu-Guang、NISHIBORI Maiko、NISHIBORI Eiji
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: 128 Issue: 8 Pages: 518-522
  • DOI: 10.2109/jcersj2.20015
  • NAID: 130007883934
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • Year and Date: 2020-08-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thermosalience in macrocycle-based soft crystals via anisotropic deformation of disilanyl architecture (2020)
  • Author(s): Omoto, K.; Nakae, T.; Nishio, M.; Yamanoi, Y.;* Kasai, H.; Nishibori, E.; Mashimo, T.; Seki, T.; Ito, H.; Nakamura, K.; Kobayashi, N.; Nishihara, H.*
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 142 Issue: 29 Pages: 12651-12657
  • DOI: 10.1021/jacs.0c03643
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ion Product Scale for Phase and Size Selective Crystal Growth of Zirconia Nanoparticles (2020)
  • Author(s): Fujita Tomoki、Kasai Hidetaka、Nishibori Eiji
  • Journal Title: Crystal Growth & Design Volume: 20 Issue: 8 Pages: 5589-5595
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.0c00765
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective Formation and SHG Intensity of Noncentrosymmetric and Centrosymmetric 1,1,2,2-Tetramethyl-1-(4-(N,N-dimethylamino)phenyl)-2-(2′-cyanophenyl)disilane Crystals under External Stimuli (2020)
  • Author(s): Nishio Masaki、Shimada Masaki、Omoto Kenichiro、Nakae Toyotaka、Maeda Hiroaki、Miyachi Mariko、Yamanoi Yoshinori、Nishibori Eiji、Nakayama Naofumi、Goto Hitoshi、Matsushita Tomonori、Kondo Takashi、Hattori Mineyuki、Jimura Keiko、Hayashi Shigenobu、Nishihara Hiroshi
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 124 Issue: 32 Pages: 17450-17458
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c03139
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural analysis of high-pressure phase for skyrmion-hosting multiferroic Cu2OSeO3 (2020)
  • Author(s): Nishibori E.、Karatsu S.、Terakura C.、Takeshita N.、Kinoshita M.、Ishiwata S.、Tokura Y.、Seki S.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 20 Pages: 2011061-2011065
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.201106
  • Peer Reviewed