| Project Area | Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space |
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| Project/Area Number |
19H05819
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
高倉 洋礼 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30284483)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
綿貫 徹 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, センター長 (30343932)
松浦 直人 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 主任研究員 (30376652)
門馬 綱一 独立行政法人国立科学博物館, 地学研究部, 研究主幹 (30552781)
松下 能孝 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 副ステーション長 (70422441)
藤田 伸尚 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (70431468)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥172,380,000 (Direct Cost: ¥132,600,000、Indirect Cost: ¥39,780,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
Fiscal Year 2021: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2020: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2019: ¥109,850,000 (Direct Cost: ¥84,500,000、Indirect Cost: ¥25,350,000)
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| Keywords | 準結晶 / 高次元結晶 / 補空間 / 近似結晶 / 静的構造 / 動的構造 / バーグマンクラスター / 高次元結晶構造解析 |
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| Outline of Research at the Start |
ハイパーマテリアルとは、準結晶や近似結晶など、補空間を含む高次元空間で統一的に記述される物質群をさす。高次元と高対称で特徴づけられるハイパーマテリアルの構造的側面に焦点をあて、その原子スケールからマクロスケールまでの静的・動的構造を組織的に解明する。実験室系X線回折による静的構造解析に加えて、複雑な構造モデルの可視化、ハイパーマテリアルの構造的特徴を抽出するためのトポロジー探索、放射光・中性子大型施設の最先端計測法を駆使した、相転移、散漫散乱、フォノン・補空間ダイナミクスの観測により、ハイパーマテリアルの詳細な構造的知見を得ることで「補空間が創る新物質科学」の構築という目標達成に寄与する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高次元と高対称で特徴づけられるハイパーマテリアルの構造的側面に焦点をあて、その原子スケールからマクロスケールまでの静的・動的構造を組織的に解明し、その構造的知見にもとづいて、個々の物質群を越えて、ハイパーマテリアルが普遍的に示す安定化機構や、特異な物性機能を理解するための補空間物質科学の構築の基礎を与えるのが目的である。他の計画研究と協働し構造情報・補空間情報を共有することにより、本新学術領域が目指す「実空間では複雑怪奇なハイパーマテリアルの原子的挙動、磁気・電子・フォノン状態等を補空間で明快に記述することで、複雑な秩序に潜む隠れた法則性を高次元空間において描き出し、新たな物質科学を創出する」という目標達成に寄与する。令和元年度は主要な設備導入・立ち上げを行い。装置の試運転、調整、最適化を各分担者のグループにおいて行った。とくに、ハイパーマテリアルの構造的知見の蓄積を飛躍的に進展させるため、現在までに構造未知な準結晶や関連化合物の構造解析を進めるための専用の単結晶X線構造解析装置を導入して共用化を進めた。放射光X線回折散乱実験、中性子散乱実験のための試料評価と準備実験を行った。複雑な構造モデルを可視化し、結晶構造データベースを併用したハイパーマテリアルの構造的特徴を抽出するためのトポロジー探索法を検討した。また、高温粉末X線回折のため装置の整備を行った。P型Zn-Mg-Tm正20面体準結晶を、このタイプの準結晶としては初めて詳細構造を決定することに成功したのは本年度の重要な結果である。また、Cd-Mg-RE(RE=希土類)準結晶及び近似結晶の形成条件を明らかにした。
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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
主な設備導入・立ち上げを行い、装置の試運転、調整、最適化を各分担者のグループにおいて滞りなく行うことが出来た。とくに、ハイパーマテリアルの構造的知見の蓄積を飛躍的に進展させるため、現在までに構造未知な準結晶や関連化合物の構造解析を専用の単結晶X線構造解析装置を導入し、稼働している。放射光X線回折散乱実験、中性子散乱実験のための試料評価と準備実験も進んでいる。P型Zn-Mg-Tm正20面体準結晶を、このタイプの準結晶としては初めて詳細構造を決定することに成功したのは本年度の重要な結果である。また、Cd-Mg-RE(RE=希土類)準結晶及び近似結晶の形成条件を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度導入した主要な設備を駆使し、X線回折による静的構造解析を主体として、構造未知な準結晶・近似結晶の構造解明を進めてゆく。放射光X線回折散乱実験や中性子散乱実験を行い、相転移、散漫散乱、フォノン・補空間ダイナミクスの観測により、ハイパーマテリアルとしての詳細な構造的知見を得るための研究を進める。補空間ダイナミクスの研究には公募研究班と連携し高分解能電子顕微鏡観察の手法も援用してゆく。高温粉末X線回折法によるin-situ構造変化の結果はA01合成班へフィードバックする。既知の三次元結晶に隠された、準結晶に類似した局所構造を見出すためのトポロジー探索に必要な基礎的なプログラム開発を進める。遂行する上での問題点としては、新型コロナウイルス感染拡大により、予定する放射光X線回折散乱実験や中性子散乱実験が延期または中止となることである。マシンタイムが得られればすぐに実験に取り掛かれるように実験室系での準備を万全にしつつ、状況によっては翌年度の実施も検討する。
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