2017 Fiscal Year Research-status Report
中性子とX線を相補的に利用した電子密度可視化法の有機光機能性結晶研究への展開
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16K05028
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
大原 高志 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主幹 (60391249)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 単結晶中性子回折 / X-N解析法 / 価電子密度解析 / 量子ビーム科学 / 量子ビーム測定手法 / J-PARC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では中性子回折で求めた各電子の調和熱振動モデルおよびX線回折データによって分子中の価電子密度を可視化する「X-N解析法」のための信頼度の高い回折データを、J-PARCの単結晶中性子回折計SENJUを用いて取得する方法を確立するとともに、発光性有機結晶における価電子密度の温度依存性の観察を目的としている。
平成29年度は前年度に引き続きシュウ酸二水和物結晶のX-N解析を進めるとともに、価電子密度温度依存性観察の標的分子である2-(2'-hydroxyphenyl)benzimidazole(HPBI)の単結晶について、前年度の100Kのデータに引き続き室温での単結晶中性子回折データを得ることが出来た。結晶性の問題からブラッグ反射のピーク幅が広がっているため、構造解析に使える反射の選別と反射強度の導出を慎重に進めているが、この結晶における光化学特性の大きな温度依存性の原因を構造から明らかに出来ると期待している。
また、本研究で行うX-N解析と量子化学計算の結果の比較を行うための第1段階として、既にSENJUを用いた室温、低温での中性子構造解析を行ったHPBIの異なる多形結晶について、様々な基底関数での単分子での量子化学計算で得られた構造との比較を試みた。その結果、非水素原子間やC-H結合の結合長、結合角については一致したのに対し、O-H、N-H結合および分子間O-H...N水素結合の結合長、結合角について両者の間で有意な差が見られ、結晶格子内のパッキング様式がHPBI分子の構造に対して影響を与えていることが明らかとなった。今後、価電子密度に対するパッキングの影響を明らかにし、結晶としての光化学特性と関連付けるうえで期待の持てる結果と言える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究課題ではJ-PARCの単結晶中性子回折計SENJUによる構造解析を主な手法としている。課題申請時はJ-PARCの出力として500～800kWを想定していたが、中性子源の予想外のトラブルにより、実際の出力は150kWにとどまっている。そのため、SENJUで予定していた測定に必要なビームタイムが増え、その分ビームタイム確保に時間を要したのに加え、想定より大きい単結晶試料を使わざるを得ないことから結晶性が良くない、補正が煩雑という問題が生じ、解析に時間を要している。そのため、全体の進捗がやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、各種補正を含めたSENJUによるX-N解析法のプロトコルを確立するとともに、HPBIの2種類の多形でのX-N解析と量子化学計算による価電子密度の比較を行い、結晶格子内での分子のパッキングが価電子密度に与える影響を評価する。また、HPBI結晶の光化学特性については既知ではあるが、単一の単結晶を用いて再度測定を行い、価電子密度と光化学特性の関連性を解明する。単一単結晶での光化学特性の測定については単結晶中性子回折測定用に調整した大型単結晶を使うことが出来るため、十分な統計のデータが得られると考えている。
また、本研究のもう一つのターゲットである光誘起スピン転移(LIESST)を起こす金属錯体[Fe(1-n-propyltetrazole)6](BF4)2について、単結晶の調整を行うとともに、SENJUでのin-situレーザー光照射単結晶中性子回折測定を行うための実験機器の設計を行う。
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| Causes of Carryover |
(理由)
平成29年度はLIESSTを示す金属錯体のin-situ光照射実験機器の整備を予定していたが、J-PARCの出力が予定より低く中性子回折実験がやや遅れていることから、レーザー光源をはじめとした機器の購入を平成30年度にずらした。
(使用計画)
平成30年度は上述のin-situ光照射実験機器の購入を購入するとともに、量子化学計算用の計算機を購入する。また、結晶学の国際会議への旅費として使用する。
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[Journal Article] Neutron scattering study of yttrium iron garnet2018
Author(s)
Shamoto Shin-ichi、Ito Takashi U.、Onishi Hiroaki、Yamauchi Hiroki、Inamura Yasuhiro、Matsuura Masato、Akatsu Mitsuhiro、Kodama Katsuaki、Nakao Akiko、Moyoshi Taketo、Munakata Koji、Ohhara Takashi、Nakamura Mitsutaka、Ohira-Kawamura Seiko、Nemoto Yuichi、Shibata Kaoru
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 97
Pages: －
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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