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2022 Fiscal Year Annual Research Report

物質中で孤立した水素の新しい観測法の確立:中性子ホログラフィーの応用

Publicly Offered Research

Project AreaHYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions
Project/Area Number 21H00013
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

大山 研司  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (60241569)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Keywords水素貯蔵物質 / 中性子ホログラフィー / J-PARC / 局所構造
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、金属中の孤立水素を観測できる数少ない方法である「白色中性子ホログラフィー」により、水素吸蔵物質での水素位置決定法の確立を目的とする。格子を組まない水素が合金中にある場合、通常の散乱実験では観測が困難である。申請者は世界で初めて白色中性子ホログラフィーを実用化し、1%程度の微少量ドーパントまわりの並進対称性を持たない原子構造を世界最高精度で観測することに成功した。そこで次の挑戦として水素への展開を目指した。中性子ホログラフィーを用いれば、格子を組まない水素でも観測が可能となると予想したからである。その第1段階として、単結晶水素化物PdHxを用いて中性子ホログラフィーを行った。さらに野心的な挑戦として粉末資料での中性子ホログラフィーに挑戦した。水素化物のほとんどは粉末試料になるからである。この手法が成功すれば、水素吸蔵物質での孤立水素の構造研究が可能になる上、X 線吸収微細構造法と同様の応用研究に欠かせない測定手法となる。他の手法では得られない孤立水素の情報が世界最高精度で得られることから、物質科学研究に新しい観測視点を導入することができる。
本研究は大強度陽子加速器施設J-PARC(茨城県東海村)でおこなった。Sm粉末試料によるホログラフィー実験を行い、シミュレーションと定性的に一致する結果を得ることができ、実現への目処がたった。さらに単結晶Pdでのホログラフィー実験については、Pdからの信号が微弱なため、高強度モード測定を実装した。その結果、Pd単結晶においてPdでのホログラムの測定に成功し、PdHxでのH観測が十分に可能であることを示すことができた。この結果に基づき、令和5年度にさらに開発研究を進める。すでにマシンタイムは確保しており、準備を進めている。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Determination of site occupancy of boron in 6H-SiC by multiple-wavelength neutron holography2022

    • Author(s)
      Hayashi Kouichi、Lederer Maximilian、Fukumoto Yohei、Goto Masashi、Yamamoto Yuta、Happo Naohisa、Harada Masahide、Inamura Yasuhiro、Oikawa Kenichi、Ohoyama Kenji、Wellmann Peter
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 120 Pages: 132101~132106

    • DOI

      10.1063/5.0080895

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 軽元素ドープ系材料での新しい原子イメージング法――白色中性子ホログラフィー2022

    • Author(s)
      大山 研司、林 好一
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 77 Pages: 379~386

    • DOI

      10.11316/butsuri.77.6_379

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 軽元素ドープ系材料での新しい原子イメージング法―白色中性子ホログラフィー2022

    • Author(s)
      大山研司、林 好一
    • Journal Title

      日本結晶学会誌

      Volume: 64 Pages: 178-181

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Novel imaging method for hyper-order structures of light elements: white neutron holography2023

    • Author(s)
      Kenji Ohoyama、Youdai Kobayashi、Yuka Tomimatsu、Kohki Aizawa、 Shuta Kawakami、Kouki Abe、Tomoko Kuroume、Masakatsu Takita、Masahide Harada、Yasuhiro Inamura、Kenichi Oikawa、Naohisa Happo、Kouichi Hayashi
    • Organizer
      International conference on complex orders in condensed matter: aperiodic order, local order, electronic order, hidden order
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 元素選択性を持つ中性子散乱実験 白色中性子ホログラフィー2022

    • Author(s)
      大山研司、會澤幸希、川上修汰、小林洋大, 富松優花, 菅野友哉, 高野元輝, 星 翔太, 八方直久,原田正英,及川健一, 稲村泰弘, 林 好一
    • Organizer
      第22回日本中性子科学会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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