2019 Fiscal Year Research-status Report
水晶振動子を用いた金属ナノ粒子における水素吸蔵量の低温・高水素圧下超精密測定
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18K04683
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
稲垣 祐次 九州大学, 工学研究院, 助教 (10335458)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河江 達也 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30253503)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 水素吸蔵合金 / 機械的振動法 / 超伝導 / 水晶振動子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では①水晶振動子を用いた金属による水素吸蔵特性評価を広範な外部パラメータの環境で可能にすること、②水素吸蔵によってもたらされる金属の物性変化を実験的に探究することが目的である。
2年目にあたる2019年度では、特に②について、パラジウムの低温における水素吸蔵特性の評価、極低温で示す磁性、超伝導に関する着実な研究成果が得られた。低温水素吸蔵により作成した様々な水素濃度試料について、極低温０．５Ｋまでの高精度磁化測定からパラジウム水素系が示す超伝導特性の詳細を明らかにし、成果の一部は既に学術冊子で公表した。
更に詳細な低温水素吸蔵過程を含めた論文も近日中に投稿予定になっている。ここでは、水素吸蔵過程における熱力学的諸量の評価、吸蔵の律速段階に関する議論と活性化エネルギーの見積り、更には磁性の変化と電子状態に関する議論を展開し、最終的な超伝導状態出現と磁性の関連についても簡単にまとめたものになっている。
①に関しては、測定環境の整備に注力し、専用ガスハンドリングシステム等の自作、データロガーシステムの構築を実施した。更に水晶への試料マウント法を検討し、現在、メッキによる方法を採用して最適化を図っている段階であり、おおむね、定量的な評価が可能なレベルに達しつつある。ただし、メッキの場合、表面の清浄化にひと手間要する為、低温蒸着も検討している。これにより蒸着後に大気曝露を経ないでin situ測定が可能となることから、専用プローブの開発を平行して実施している段階である。
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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
本研究での最終目標は、水晶振動子を用いて主に低温における物質の水素吸蔵特性の評価を実現すると共に、in situで物性評価を行い、水素誘起の新奇物性を探索することにある。その為、典型的な水素吸蔵合金であるパラジウム水素系を用いて、テストを実施しているが、パラジウム水素系自体も水素吸蔵によって変化する物性は研究対象であり、この部分で本研究で大きな進展があった。初年度からの2年間で、学術雑誌での成果公表が2件あり、現在執筆中の論文も含めて成果としてはまずまず順調であるといえる。
一方で水晶振動子を用いた測定手法開発の部分では、計画では既に低温領域でのテストを実施している段階であるが、現時点では室温における試料マウント法の最適化に留まっている。ただし、この部分は本研究のもっとも重要な部分であり、定量的な解析に耐え得る高精度の測定データを取得する上で不可欠である為、時間をかけて取り組んでいる。
以上を総合して「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述した実績、進捗状況より最終年度の推進方策は明確である。水晶振動子を用いた水素吸蔵特性評価法の低温領域への拡張を最優先で実施する。同時に行う物性測定は磁化測定を想定しており、カンタムデザイン社の高感度磁化測定装置ＭＰＭＳに組み込み可能な専用プローブを作成する。これに関するノウハウはこれまでの経験から十分蓄積されており、直ちに開始できると思われる。本測定により通常の水素吸蔵過程や磁性変化に関する知見はもとより、特に拡散に関する情報が得られるものと期待している。熱活性と量子トンネルによる拡散が区別できれば、本研究に留まらない今後の更なる発展も含めた独創的な研究が展開できると予想され、今年度中に是非とも結果を出したいと考えている。
初年度から次年度にかけて金属水素系のプロトタイプであるパラジウムのバルク状態に特化した測定・開発を実施してきたが、最終年度後半では系統的な試料サイズ依存性や他の物質も含めた研究を予定している。
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| Causes of Carryover |
予定していた出張（２０２０年２月 米国での実験、２０２０年３月 日本物理学会）が新型コロナウイルス感染拡大防止の為にキャンセルとなった為、計上していた旅費分の残額が生じた。
最終年度に出張旅費として使用するかはコロナウイルスの終息を見極めつつ判断し、終息が見込めない場合は、主に寒剤等の実験消耗品費に充てる予定である。
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