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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Hyper-ordered Structures with Emergent Functionalities

Planned Research

Project AreaProgressive condensed matter physics inspired by hyper-ordered structures
Project/Area Number 20H05879
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

谷口 博基  名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80422525)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 久保園 芳博  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (80221935)
中島 清隆  北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (90451997)
武田 博明  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (00324971)
田中 秀明  大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (40346169)
佐藤 友子  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (80553106)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Keywords超秩序構造 / 誘電体 / 超伝導体 / 触媒 / タンパク質 / 単結晶育成 / 高圧実験
Outline of Annual Research Achievements

(谷口G)巨大分極応答性超秩序構造の創出に向けてチタン石型化合物における新規反強誘電体の探索と元素置換による局所構造制御に取り組んだ。その結果、チタン石型反強誘電体CaTi(Si,Ge)O5の反位相境界近傍に優れた分極応答を有する極性構造が形成することを見出した。(久保園G)新奇な機能性を発現する超秩序構造を有する新規な物質群の開発と、その物質の構造的電子的な特性の解明に関する研究に取り組んだ。その結果、FeSeへの原子ドーピングによる超伝導や、Bi系物質におけるCDW転移の制御、Fe5-xGeTe2でのTe三量体形成過程に関する新たな知見を得た。(中島G)Nb、V、Wなどを含む酸化物触媒のルイス酸性質を利用したグルコースの逆アルドール反応に対して、従来法では回収できなかった不安定生成物であるエリスロースおよびグリコールアルデヒドを高選択率で合成できることを見出した。(武田G)チョクラルスキー法により、新奇誘電体CaTi(Si,Ge)O5、全固体Liイオン電池負極候補材TiNb2O7、高温用圧電材料Ca2ZnSi2O7のバルク単結晶を育成した。(佐藤G)高圧下における超秩序構造の探索のため、ダイヤモンドアンビル装置を用いた超高圧下その場蛍光X線ホログラフィ測定手法の開発とガラスの圧力誘起高密度化現象の観察を行った。(田中G)フェレドキシン(Fd)のXFH実験については追加のデータ収集を行い、2Fe-2S金属クラスター周辺の原子像の再生を目指した。水素原子の可視化を目指した中性子結晶構造解析では、酸化型および還元型FNRの全原子座標を決定することができた。さらに酸化型Fdの中性子結晶構造解析についても成功し、JRR-3で収集したデータを用いて全原子座標の決定に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(谷口G)巨大分極応答性超秩序構造に関しては、Nb置換TiO2の誘電率増強の起源としてNb近傍における局在ポーラロンの形成を明らかにした。また、光機能性超秩序構造創出に関しては、BaAl2O4における光誘電効果の起源として一対のZnO3を核とした複合欠陥に局在する光励起双極子の形成を明らかにした。(久保園G)2次元層状物質を基礎とした超伝導、超伝導-CDW共存系、トポロジカル量子物質、強磁性体などの新機能開拓と構造・電子状態の解明が順調に進行している。(中島G)逆アルドール反応に有効なルイス酸触媒作用をもつ単純酸化物を包括的なスクリーニングにより同定し、その一つである酸化ニオブを利用したエリスロースおよびグリコールアルデヒドを合成する優れた反応プロセスを見出しつつある。(武田G)CaTi(Si,Ge)O5とTiNb2O7について、物性測定と構造解析に十分な大きさである単結晶試料を提供することができた。Ca2ZnSi2O7についてもバルク単結晶化に成功しており、高温用途として展開できるSr置換Ca2ZnSi2O7についても、圧電特性の温度安定性をもつ組成を見出している。(佐藤G)超高圧下その場蛍光X線ホログラフィ測定では、試料に対して適切なフィルタを用いることで、10GPa程度までの圧力範囲で高圧下の試料の良好なホログラフィ像を得ることが可能になった。また、室温下での高密度化現象を高圧下その場時分割X線回折測定により観察し、数点の圧力で高密度化の進行に関するデータが得られた。(田中G)フェレドキシン(Fd)のXFH実験についてはシグナルに混入したBraggピーク除去による原子像再生が進行中である。FNRの中性子構造については、電子伝達機構の原子レベルでの解明が実現しつつある。

Strategy for Future Research Activity

(谷口G)巨大分極応答性超秩序構造に関しては、これまでの取り組みで得られた知見を新たな基礎学理として整理し、論文などで公表する。また、チタン石型化合物における巨大分極応答性超秩序構造の探索を推し進める。光機能性超秩序構造に関しては、現在の取り組みを発展的に継続するとともに、より優れた光誘電効果を示す物質系を探索する。(久保園G)
結晶内に形成される超秩序構造を精密に捉える蛍光X線ホログラフィや光電子ホログラフィ等の手法の積極的利用や、様々な極限環境下での精密構造解析の展開、電子状態の精密な探知手法の積極的利用、デバイス構造を使った新たな機能物性発現研究を通じて、「超伝導と多様な秩序状態が共存し、お互いに協奏しあう物質系」を創出する。(中島G)逆アルドール反応に有効な触媒の必要条件を同定できた。今後は、VやMoなどを含む複合酸化物の触媒作用を検討する。特に、アルコールに対する酸化還元反応に安定な触媒群の候補として,水分解用光触媒反応で使用されているような物質群に注目する。(武田G)Sr置換CZS のバルク単結晶をチョクラルスキー法によって合成する。また、高酸素分圧下においてBaGa2O4の単結晶化を試みる。これに関しては、本科研費で導入した高圧雰囲気下単結晶引上装置(引上装置)を用いて酸素分圧を最大10気圧まで制御することで対応する。(佐藤G)確立した超高圧下その場蛍光X線ホログラフィ測定技術を用いて、10GPa以下で起こる相転移現象の観察を行う。GeO2などで報告されている圧力誘起アモルファス化現象などをターゲットとしたい。また非晶質の圧力誘起相転移のカイネティクスモデルを用いて、高密度化現象を統一的に説明できるパラメータ探索を行う。(田中G)フェレドキシン(Fd)の原子像再生を目指す。FNRおよびFdの中性子構造解析については、今年度内に論文化する。

  • Research Products

    (40 results)

All 2024 2023

All Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 4 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 7 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Ferroelectric polycrystalline Bi2SiO5 thin films on Pt-covered Si substrates prepared by pulsed laser deposition combined with post-annealing2024

    • Author(s)
      Takahashi Haruto、Maruyama Shingo、Naganuma Hiroshi、Taniguchi Hiroki、Takahashi Ryota、Yasui Shintaro、Kaminaga Kenichi、Matsumoto Yuji
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 988 Pages: 174195~174195

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2024.174195

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Protection Strategy for High‐yield Synthesis of Dimethyl Furan‐2,5‐dicarboxylate from 5‐Hydroxymethylfurfural Using Methanol as an Acetalizing Agent2024

    • Author(s)
      Sheet Nirupama、Osuga Ryota、Arai Nao、Wiesfeld Jan J.、Suganuma Satoshi、Aoshima Takayuki、Fukuoka Atsushi、Hensen Emiel J. M.、Nakajima Kiyotaka
    • Journal Title

      ChemCatChem

      Volume: 16 Pages: e202301259

    • DOI

      10.1002/cctc.202301259

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pressure Dependence of the Structural and Superconducting Properties of the Bi-Based Superconductor Bi2Pd3Se22024

    • Author(s)
      Zhang Zhiyan、Ikeda Mitsuki、Utsumi Masaki、Yamamoto Yuki、Goto Hidenori、Eguchi Ritsuko、Liao Yen-Fa、Ishii Hirofumi、Takabayashi Yasuhiro、Hayashi Koichi、Kondo Ryusuke、Kobayashi Tatsuo C.、Kubozono Yoshihiro
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 63 Pages: 2553~2561

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.3c03737

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Direct microwave energy input on a single cation for outstanding selective catalysis2023

    • Author(s)
      Kishimoto Fuminao、Yoshioka Tatsushi、Ishibashi Ryo、Yamada Hiroki、Muraoka Koki、Taniguchi Hiroki、Wakihara Toru、Takanabe Kazuhiro
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 9 Pages: 1~10

    • DOI

      10.1126/sciadv.adi1744

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Re-estimation of Maxwell-Wagner relaxation for novel absorbers via (Ta+Ga)-doped rutile-type TiO2 ceramics with various valence proportions and sintering temperatures2023

    • Author(s)
      Kuwano Taro、Hashimoto Yujiro、Deguchi Kazuhiko、Taniguchi Hiroki
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 966 Pages: 171624~171624

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2023.171624

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oxidative Esterification of Acetal-Protected 5-Hydroxymethylfurfural to Dimethyl Furan-2,5-dicarboxylate with High Recovery of Protecting Agent2023

    • Author(s)
      Wiesfeld Jan J.、Osuga Ryota、Suganuma Satoshi、Aoshima Takayuki、Hensen Emiel J.M.、Nakajima Kiyotaka
    • Journal Title

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      Volume: 12 Pages: 450~458

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.3c06275

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Computational survey of humin formation from 5-(hydroxymethyl)furfural under basic conditions2023

    • Author(s)
      Tashiro Keisuke、Kobayashi Masato、Nakajima Kiyotaka、Taketsugu Tetsuya
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 13 Pages: 16293~16299

    • DOI

      10.1039/D3RA02870D

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Coulomb Scattering Controlled by Ionized Molecules Adsorbed on Graphene2023

    • Author(s)
      Takai Akihisa、Goto Hidenori、Akiyoshi Hidehiko、Zhi Lei、Kitahara Misuzu、Okamoto Hideki、Eguchi Ritsuko、Yoshida Yukihiro、Saito Gunzi、Kubozono Yoshihiro
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 128 Pages: 467~473

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c06294

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Observation of the Superstructure in Fe5-xGeTe2 by X-ray Fluorescence Holography2023

    • Author(s)
      Eguchi Ritsuko、Ikeda Mitsuki、Yamamoto Yuki、Goto Hidenori、Happo Naohisa、Kimura Koji、Hayashi Koichi、Kubozono Yoshihiro
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 63 Pages: 947~953

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.3c02254

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural Characterization of Graphite Analogue BCx Synthesized Under Various Conditions and Its Application to Ti Intercalation2023

    • Author(s)
      Horigane Kazumasa、Tadokoro Masayuki、Eguchi Ritsuko、Ishii Hirofumi、Nakamura Shinichi、Kambe Takashi、Ikeda Naoshi、Goto Hidenori、Kubozono Yoshihiro、Akimitsu Jun
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 62 Pages: 19466~19473

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.3c02405

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pressure Dependence of Superconductivity in Alkaline Earth Metal-Doped FeSe: toward Completion of the Phase Diagram of Superconducting Transition Temperature Versus FeSe Layer Distance2023

    • Author(s)
      Ikeda Mitsuki、Li Huan、Zhang Zhiyan、Yamamoto Yuki、Goto Hidenori、Eguchi Ritsuko、Ishii Hirofumi、Liao Yen-Fa、Takabayashi Yasuhiro、Hayashi Koichi、Kubozono Yoshihiro
    • Journal Title

      Chemistry of Materials

      Volume: 35 Pages: 4338~4346

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.3c00391

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pressure Dependence of Superconductivity in a Charge-Density-Wave Superconductor Bi2Rh3Se22023

    • Author(s)
      Ikeda Mitsuki、Zhang Zhiyan、Goto Hidenori、Eguchi Ritsuko、Liao Yen-Fa、Ishii Hirofumi、Kubozono Yoshihiro
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 62 Pages: 7453~7460

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.3c00744

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] メリライト型圧電単結晶材料の結晶化学的探索2023

    • Author(s)
      TAKEDA Hiroaki
    • Journal Title

      Nihon Kessho Gakkaishi

      Volume: 65 Pages: 83~84

    • DOI

      10.5940/jcrsj.65.83

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and photoluminescence properties of divalent rare-earth-doped Li2CaSiO42023

    • Author(s)
      Kodama Shohei、Saito Tomoki、Yanase Ikuo、Takeda Hiroaki
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 131 Pages: 258~262

    • DOI

      10.2109/jcersj2.22163

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of strontium substitution on growth and piezoelectric properties of calcium magnesium silicate Ca2MgSi2O7 single crystals2023

    • Author(s)
      Takeda Hiroaki、Uehara Takumi、Hirano Genki、Kodama Shohei、Yanase Ikuo、Sugiyama Kazumasa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Pages: SM1027~SM1027

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acf2a5

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] エマージェント物性を生みだす超秩序構造の創出 ー特に誘電体材料に関してー2023

    • Author(s)
      谷口博基
    • Journal Title

      セラミックス

      Volume: 58 Pages: 505~508

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 直鎖状ペロブスカイト型化合物における新規誘電体材料探索2024

    • Author(s)
      谷口博基
    • Organizer
      固体化学フォーラム
    • Invited
  • [Presentation] チタン石型酸化物Na(Nb,Ta)GeO5固溶体の合成と反強誘電性2024

    • Author(s)
      桑野太郎, 中埜彰俊, 出口和彦, 谷口博基
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
  • [Presentation] Chemocatalytic valorization of biomass-derived furanics to monomers for biobased polymers2024

    • Author(s)
      K. Nakajima
    • Organizer
      2023 International IRCCS-ILR-IRTG Symposium on “New Horizons of Molecular Functions
    • Invited
  • [Presentation] 窒化ニオブを触媒としたキシロースの脱水反応2024

    • Author(s)
      袁 俣, 大須賀遼太, 菅沼学史, 加藤英樹, 中島清隆
    • Organizer
      化学系学協会北海道支部2024年冬季研究発表会
  • [Presentation] Photodielectric effect in aluminates2023

    • Author(s)
      H. Taniguchi
    • Organizer
      2023 ISAF-ISIF-PFM Joint Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Insulation of Aliovalent-doped Rutile-type TiO22023

    • Author(s)
      T. Kuwano, Y. Hashimoto, K. Deguchi, and H.Taniguchi
    • Organizer
      788. WE-Heraeus-Seminar "Beyond Imperfections: New Structure-Property Relationships in Ceramics and Glasses"
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Permittivity Boosting in Nb-doped Rutile-type TiO22023

    • Author(s)
      Y. Hashimoto, T. Kuwano, K. Deguchi, and H.Taniguchi
    • Organizer
      788. WE-Heraeus-Seminar "Beyond Imperfections: New Structure-Property Relationships in Ceramics and Glasses"
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nb置換ルチル型TiO2 の誘電率異方性2023

    • Author(s)
      橋本友次郎,桑野太郎,出口和彦,谷口博基
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] チタン石型酸化物CaTi(Si1-xGex)O5における誘電率増強効果とナノドメイン形成2023

    • Author(s)
      渡邉匠海, 佐藤幸生, 桑野太郎, 中埜彰俊, 横田紘子, 出口和彦, 谷口博基
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] アルミネートソーダライト型化合物Ca8[(Al1-xGax)O2]12{WO4}2の誘電・圧電特性2023

    • Author(s)
      齋藤稜晃, 萩原学, 桑野太郎, 出口和彦, 谷口博基
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
  • [Presentation] アセタール保護を活用した固体触媒によるバイオマス変換2023

    • Author(s)
      中島清隆
    • Organizer
      石油学会 令和5年度東北支部講演会
    • Invited
  • [Presentation] A protection strategy for the synthesis of biomass-derived and furan-based monomers for the application of biobased polymers2023

    • Author(s)
      K. Nakajima
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Catalytic Science and Technology in Sustainable Energy and Environment
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Reductive amination of acetal-protected 2,5-diformylfuran to synthesize 2,5-bis(aminomethyl)furan using Co2P nanorods2023

    • Author(s)
      N. Sheet, R. Osuga, S. Suganuma, A. Fukuoka, T. Mitsudome, and K. Nakajima
    • Organizer
      第53回石油・石油化学討論会
  • [Presentation] Au/Nb2O5を用いた5-ホルミル-2-フランカルボン酸メチルの酸化的エステル化反応2023

    • Author(s)
      新井直, Nirupama Sheet, 大須賀遼太, 菅沼学史, 村山徹, 中島清隆
    • Organizer
      第53回石油・石油化学討論会
  • [Presentation] Acid catalysis of Nb-based mixed oxides for the dehydration of biomass-derived sugars to furanics2023

    • Author(s)
      Z. Wang, D. Padovan, R. Osuga, S. Suganuma, A. Fukuoka, H. Kato, and K. Nakajima
    • Organizer
      第132回触媒討論会
  • [Presentation] 担持Au触媒を用いた5-ホルミル-2-フランカルボン酸メチルの酸化的エステル2023

    • Author(s)
      新井直, Nirupama Sheet, 大須賀遼太, 菅沼学史, 村山徹, 中島清隆
    • Organizer
      第132回触媒討論会
  • [Presentation] 貴金属系複合触媒によるピログルタミノールの水素化2023

    • Author(s)
      陳阿古楽, 真鍋智紀, 辻悦司, 中島清隆, 片田直伸, 菅沼学史
    • Organizer
      第132回触媒討論会
  • [Presentation] Stepwise approach for selective FFCA and FDCA production from HMF2023

    • Author(s)
      J.J. Wiesfeld, R. Osuga, E.J.M. Hensen, and K. Nakajima
    • Organizer
      EuropaCat 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Alkaline Earths Titanate Mixed Metal Oxides for Sugar Conversion2023

    • Author(s)
      D. Padovan, R. Osuga, and K. Nakajima
    • Organizer
      The 19th Korea-Japan Symposium on Catalysis
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 圧電単結晶材料の結晶化学的探索2023

    • Author(s)
      武田博明
    • Organizer
      第61回セラミックス基礎科学討論会
    • Invited
  • [Presentation] Effect of strontium substitution on growth and piezoelectric properties of calcium magnesium silicate Ca2MgSi2O7 single crystals2023

    • Author(s)
      H. Takeda, T. Uehara, G. Hirano, S. Kodama, I. Yanase, N. Kitamura, and K. Sugiyama
    • Organizer
      The 15th China and Japan Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] SiO2ガラスの高密度化のカイネティクス2023

    • Author(s)
      佐藤 友子,柴崎 裕樹, 船守 展正
    • Organizer
      第64回高圧討論会
  • [Presentation] フェレドキシンNADP+還元素の中性子結晶構造解析2023

    • Author(s)
      上中みどり、大西裕介、田中秀明、栗栖源嗣
    • Organizer
      令和5年度日本結晶学会年会
  • [Book] Hyperordered Structures in Materials2024

    • Author(s)
      K. Hayashi 他
    • Total Pages
      456
    • Publisher
      Springer Singapore

URL: 

Published: 2024-12-25  

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