Structure of disordered materials revealed by a combination of quantum beam experiments, structure modelling, and topological analyses

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05648
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Onodera Yohei 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (20531031)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 酸化物ガラス / アモルファス / 構造 / 中性子回折 / X線回折

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to reveal the structure of disordered materials via a combination of quantum beam experiments and computer simulations with the aid of advanced topological analyses. To investigate the disordered structure beyond nearest-neighbor correlation length, three-dimensional atomistic structure models, which reproduce the multiple experimental dataset, were constructed. Furthermore, various topological analyses found that the network topology is an important structural feature for understanding properties of various functional disordered materials, e.g., silica, silicate, and single-component intermediate oxide glasses.

Free Research Field

無機工業材料、非晶質構造解析

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではこれまでに「位相幾何学的（トポロジカル）に無秩序な構造である」とされてきた非晶質材料を対象とし、量子ビーム実験と計算機シミュレーション、トポロジカル解析を融合させたアプローチによって、実用材料の母体となるガラスを含む様々な非晶質材料の機能に重要な役割を果たす構造を明らかにすることに成功した。本研究における構造解析アプローチによって得られる非晶質材料のトポロジーに関する情報が蓄積されることで、新しい非晶質材料開発における設計指針が構築可能となり、我が国における非晶質材料創成がさらに活性化することが期待される。