2018 Fiscal Year Annual Research Report
超高圧合成法と量子ビームによる材料評価を活用した新奇酸窒化物の創成
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18H03836
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
西山 宣正 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (10452682)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾崎 典雅 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70432515)
境 毅 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (90451616)
周 游 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (40357231)
日向 秀樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (40415732)
川村 史朗 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (80448092)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化ケイ素 / 超高圧 / 超高温 / レーザー衝撃圧縮 / X線自由電子レーザー / その場X線回折実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、１万気圧から1000万気圧までの広い圧力範囲での超高圧合成法と、シンクロトロン放射光やX線自由電子レーザーなどの量子ビームをフル活用した材料評価を組み合わせて、これまでにない新奇な酸窒化物の合成とその物性を理解することである。
2018年度は、レーザー衝撃圧縮実験によって、1000万気圧領域における窒化ケイ素の挙動を明らかにすることを試みた。実験は、大阪大学レーザー科学研究所における激光XII号を利用した1000万気圧に迫るレーザー圧縮実験、およびX線自由電子レーザー施設、SACLAにおける数百万気圧下におけるその場X線回折測定によって、スピネル型窒化ケイ素の超高圧超高温下における相変態を探索する研究を行った。
激光XII号を用いた実験では、透明スピネル型窒化ケイ素多結晶体試料にレーザー衝撃を加え、そのときの温度圧力履歴をVISARおよびSOPを用いて測定した。その結果、800万気圧、10000Kの超高圧超高温状態の発生を確認し、窒化ケイ素が金属液体に相変態する様子を観察した。さらに、窒化ケイ素の超高圧固相と金属液体の融解曲線が圧力550万気圧、温度8000Kの条件を通ることが明らかとなった。さらに、窒化ケイ素の超高圧固相の結晶構造に関する情報を得るため、SACLAを利用したレーザー衝撃下におけるその場X線回折実験を行った。その結果、圧力150万気圧まではスピネル型窒化ケイ素が存在することを確認し、圧力300万気圧の条件では、スピネル型構造では説明のつかない回折パターンに変化した。時間経過による減圧によって窒化ケイ素は再びスピネル型の構造へと変化することを観察した。これらの結果は、300万気圧の超高圧下で窒化ケイ素はポストスピネル型構造へ相変態することを示唆している。現在、ポストスピネル型構造を制約するための解析作業を進めている。
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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
研究は、おおむね順調に進展していると考えられる。
透明立方晶窒化ケイ素多結晶体を用いたレーザー衝撃圧縮実験は、まったく初めての試みだったので、超高温超高圧状態の観察には多くのトライアンドエラーが必要だと考えていた。よって、初年度にレーザー衝撃圧縮実験で研究成果が得られたのは、予想より早く進展している。一方で低い圧力領域での大容量物質合成は技術開発に時間がかかっており、今後さらに強力に推進させていく必要がある。川井型マルチアンビル装置を用いた窒化物、酸窒化物の合成はおおむね順調に進展している。立方晶窒化ゲルマニウム、シリコン酸窒化物の合成は論文化に必要なデータがほぼ得られている。また、β窒化ケイ素、γ窒化ケイ素の合成、および物性測定は順調に進展しており、国際誌に論文が掲載された。以上のことから、全体的に、おおむね順調に研究が進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として、まず2019年度は、2018年度に引き続き、レーザー衝撃圧縮実験を継続的に実施し、これを論文発表することを目指す。2018年度の実験によって窒化ケイ素の超高圧下での挙動をつかむことができたので、2019年度は論文化に必要な補完データの収集を行っていく。
本研究の目的は、1万気圧から1000万気圧までの広い圧力領域での物質合成と物性評価なので、レーザー衝撃圧縮実験とは対極にある、1万気圧領域での大型試料合成にも注力していく。この研究を推進していくための研究分担者の先生方との共同研究をさらに強力に推進していく。さらに、量子ビームを活用した物質評価を進めるために、これまでに研究代表者が利用したことがない実験テクニックを有する研究者の方々との共同研究を積極的に推進していく。
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Research Products
(13 results)
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[Journal Article] Persistent octahedral coordination in amorphous GeO2 up to 100 GPa by Kb" X-ray emission spectroscopy2019
Author(s)
G. Spiekermann , M. Harder , K. Gilmore , P. Zalden , Ch. J. Sahle , S. Petigirard , M. Wilke , N. Biedermann , C. Weis , W. Morgenroth , J. S. Tse , E. Kulik , N. Nishiyama , H. Yavas , C. Sternemann
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Journal Title
Physical Review X
Volume: 9
Pages: 011025
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Phase relations in silicon and germanium nitrides up to 98 GPa and 2400℃2019
Author(s)
Norimasa Nishiyama , Julia Langer , Takeshi Sakai , Youhei Kojima , Astrid Holzheid , Nico A. Gaida , Eleonora Kulik , Naohisa Hirao , Saori I. Kawaguchi , Tetsuo Irifune , Yasuo Ohishi
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Journal Title
Journal of American Ceramics Society
Volume: 102
Pages: 2195-2202
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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