2017 Fiscal Year Research-status Report
固体水素高圧相：III相の高圧低温Ｘ線回折実験による構造決定
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17K05550
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
赤浜 裕一 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 教授 (90202522)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 固体水素 / 高圧相 / X線構造解析 / 金属化 / ラマン散乱 / 超高圧 / 放射光 / ダイヤモンドアンビル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素は、最も単純な元素で、科学研究における重要な対象物質であることから、その物性は古くから研究されている。近年、超高圧下の金属化の研究やエネルギーへの応用研究が注目を集め、ごく最近、超高圧下490 GPaで単原子状態の金属水素実現の報告は論争の的となっている。固体水素には、最近発見された半導体相（IV相）を加え、現在、四つの相の存在が明らかにされている。低温下160 GPa程で出現するIII相では分子の回転は完全に凍結され、分子の配向秩序が定まると考えられているがその結晶構造は不明である。多くの理論研究は、単原子金属相への転移に先立って、III相のバンドオーバーラップ金属化を報告しているが、提案された結晶構造と金属化圧力は収束していない。それゆえIII相の構造解明は、重要課題である。
本研究では、超高圧下でのX線回折実験とラマン分光実験を行い、固体水素III相の結晶構造を解明することを目的とした。
本実験では、固体水素の回折データを100 Kの低温で最高圧200 GPaまで収集できた。マイクロフォーカス放射光単色X線ビームを用いることで比較的統計精度の高い水素からの回折線を観測できた。200 GPaで固体水素のX線回折パターンの観測は、世界初である。観測された回折線は2本で、hcp構造の低対称化に伴う回折線の分裂等は見られなかった。回折線のd値は、我々がこれまで蓄積したd値の圧力依存性の結果と良い対応を示し、200 GPaでも水素分子は依然としてhcp構造の格子点近傍にあることを明らかにした。また、300 GPaまでのラマン分光実験の結果、III相のhcp構造の低対称化が230 GPa以上で顕著になることを提言した。これらの成果はＪ. Phys.誌に発表された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
固体水素のX線回折データを100 Kの低温で最高圧200 GPaまで収集できた。
X線回折およびラマン散乱実験から得られた結果より、230 GPa以上でIII相のhcp構造の低対称化が示唆され、今後の研究の方向性が見出されら。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究として、III相のhcp構造の低対称化が示唆された230 GPaの超高圧下での固体水素のX線回折実験を展開する。我々の研究室では400 GPaに及ぶ超高圧発生の実績があるので、その圧力発生技術を活用する。
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Research Products
(7 results)
