2013 Fiscal Year Research-status Report
X線と中性子の相補的活用による高圧ランダム物質の３次元構造探索
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25790079
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
有馬 寛 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (60535665)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ランダム系物質 / 中距離相関 / 短距離秩序構造 |
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| Research Abstract |
ランダム系物質の構造は物性や化学結合性と密接に関わっており、原子レベルでの構造を解明することが化学的性質や機能発現の理解に不可欠である。本研究ではＸ線及び中性子をプローブとしたその場観察実験を行い、それぞれのプローブを相補的に活用することで高圧力下におけるランダム系の構造解析手法を確立することを目的とする。平成25年度は常圧におけるランダム系物質のX線回折測定及び中性子回折測定を行い、構造解析手法の検討とランダム系物質における中距離構造のモデル化に力点をおき研究を行った。研究成果を以下に述べる。
１． X線異常散乱法を用いた環境構造解析とRMCシミュレーションによる3次元モデルの構築によりAl87Y8Ni5非晶質合金おける構造を考察した。この非晶質合金では強い中距離相関が存在することが指摘されている。ランダム充填モデルとの比較により、中距離相関がNi周囲の特徴的な多面体構造に由来することを明らかにした。
２．X線回折、X線異常散乱及び中性子回折実験により、Fe-B系及びNi-B系非晶質合金の構造解析を行った。金属-非金属系非晶質合金では異種元素間の結合性により化学的短距離秩序構造が発達するとされている。本研究ではX線及び中性子の各構成元素に対する散乱能の違いを活用することで環境構造を精度よく抽出することを目的とし、X線と中性子を同時に満たす構造モデルの構築を行った。
３．高速遠心分離機を導入し、ゾルゲル法による潜晶質酸化物の合成を行った。また、急冷法によるアルカリゲルマニウム酸化物ガラスの合成を行った。これら酸化物試料について、X線異常散乱及び高エネルギーX線回折測定により短距離秩序の組成依存性を評価した。今後、中距離構造変化に着目し構造の圧力依存性を明らかにする。
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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
本年度はランダム系物質の合成法を確立し、X線回折及び中性子回折を用いた常圧下での評価を放射光施設KEK-PF及びJ-PARCのMLFにて行うことができた。構造評価のモデル物質として用いた非晶質合金の結果から中距離相関に関して、特徴的な配位多面体が関与することや、X線と中性子を併用するAXS-ND-RMC法により構造モデルの精度が向上することなどの知見をえることができ、今後の高圧下でのランダム系物質の構造評価手法の確立に向けて予定通り進行していると考えている。平成26年度には高圧実験に着手することを予定しており、高圧中性子実験のビームタイムを確保している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、本格的な高圧下でのデータ測定に取り組む。中性子実験はJ-PARCパルス中性子実験施設の高圧中性子回折装置を想定している。またＸ線実験は放射光や実験室系の発生装置による測定を想定しており、ダイヤモンドアンビルセルを用いた実験に着手したところである。本研究のメインターゲットは高圧での構造解析であるが、初年度の成果に示したように基礎的なデータとして常圧下での測定も継続する。これらデータについてはそれぞれ適時放射光施設及び中性子施設のビームラインを利用し実験を遂行する。初年度は主に金属系のランダム系物質を研究対象としたが、結合性が金属とは異なる酸化物系のランダム系物質の構造モデルの確立についてはAXS-ND-RMC法に加え計算実験等の条件を加える必要性があると考えており、この点について研究を進める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。
平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
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