2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19H02005
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
遊佐 斉 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, グループリーダー (10343865)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平尾 直久 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70374915)
藤久 裕司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90357913)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 構造相転移 / 巨大歪み / マントル鉱物 / ダイヤモンドアンビルセル / 高圧下その場観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究においては、ダイヤモンドアンビルセル（DAC）の加圧において、歪を与える変形機構と自動精密荷重制御を確立するための技術開発が鍵となっている。昨年度は完成が遅れたリモート回転型駆動機構の開発を引き続きおこなってきた。その中で、2 種類の自動加圧機構を有する加圧軸を中心に回転する駆動機構と回転型 DAC の組み合わせを考案し、設計・完成した。その一つは、メンブレンによる加圧と回転機構を組み合わせたもので、もう一つは、アクチュエータによる精密加圧を組み合わせたものである。双方とも、DAC 多軸揺動装置の上部を交換して設置することになっており、各々独自の回転型 DAC を組み合わせて使用する。実際の放射光 X 線その場観察実験は、コロナ禍の影響により、昨年度実施することが困難になったが、メンブレンおよびアクチュエータを使った DAC 加圧機構の自動化テストはおこなっており、希土類多ホウ化物や酸化物（HfO2 等）の各種新規物質の弾性率測定に威力を発揮しており、成果も出ている。このような状況下、本年度のスプリング８における課題は採択されており、実験の遂行が予定されている。応力歪み場での構造変化・相転移について、第一原理計算（DFT：CASTEP コード）を用いて、等方的、異方的応力下での構造最適化計算とエンタルピー計算を順次おこない、マントル鉱物構造相転移（ペロブスカイト－ポストペロブスカイト相転移）に関するアナログ物質のフッ化物（NaNiF3）等の非静水圧条件での歪みの効果をモデリングして構造計算した。その際、計算環境の整備を順次おこない、様々な高圧関連物質の計算において結果を出している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍の中で、詳細な設計のもと製作したリモート回転型駆動機構の製造に遅れが生じたとともに、コロナ禍により放射光実験の遂行が困難になったため、装置開発へのフィードバックが十分にできなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題の進展に若干の遅れがみられるものの、コロナ禍の中、最善を尽くして、2 種類のリモート回転型駆動機構とそれに最適化した回転型ダイヤモンドアンビルセルの開発を完了している。その中で、ピエゾアクチュエータ方式の差圧発生機構を新たに取り入れ、既存実施例のないオリジナリティを付加するとともに、加圧ストロークの不足に備えるため、メンブレン加圧を利用したものと、さらにピエゾアクチュエータとメンブレン加圧併用したものを構築した。本年度は、これらを実際に用いて高圧下放射光その場観察実験をおこない、構造相転移圧に対する歪みの影響について追跡していく。剪断変形させながら高圧その場ラディアル X 線回折を可能とするため、X 線に透明かつ高荷重下でも剪断可能なガスケット材質の選定が必須となる。機械的性質や加工性・コストを検討しポ
リイミド樹脂をガスケット材に使用する。
放射光実験施設のマシンタイムは採択され、Spring-8（BL04B2,BL10XU）にて、前期は 5月末、7 月中旬におこなわれるが、実施後に装置の改造等のフィードバックが生じる可能性もある、その際は昨年度繰越金や科研費に関連する他の資金の使用により軌道修正をはかっていく予定である。計算科学において、転移圧に対する歪みの影響について、既にいくつかの予測がおこなわれたが、実験による測定系が理想的な系を対象としている計算結果をどの程度反映するかは興味深い。この点についても、実験データとの詳細な検討が必要となるであろう。対象物質は、マントル鉱物アナログ物質を主とするが、歪みにより欠陥構造を生じやすい積層構造を有する物質や弾性率の大きな硬質物質等についても実験を予定したい。
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