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低温でのプロトンビーム照射による水素機能性科学の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 15J02060
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 機能物性化学
研究機関京都大学

研究代表者

中山 亮  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2017年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2016年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード水素 / ドーピング / 酸化亜鉛 / 同位体効果 / 量子性 / イオンビーム / チタン酸ストロンチウム / 金属的伝導性 / 薄膜 / 電気伝導度 / 拡散
研究実績の概要

本研究の目的は、最も身近な元素の一つである水素を物質に注入することで、物性や機能性を瞬時に変換し、新奇な物性を見出すことであり、非常に意欲的な課題である。これまでに研究代表者は酸化亜鉛薄膜への低温でのプロトンビーム照射を行い、その後の昇温過程における電気抵抗率のヒステリシス挙動を見出していた。このヒステリシス挙動の起源は低温照射された水素のトラップサイトからの移動によるものではないかと考え、当該年度において、酸化亜鉛薄膜に対する重水素イオンビーム照射を行い、ヒステリシス挙動に対する極めて巨大な同位体効果を観測することに成功した。この巨大な同位体効果はヒステリシス挙動の起源に関する仮説を強く裏付けるとともに、水素と重水素の量子性の違いが色濃く反映された結果であると言える。これらの結果は、低温でのプロトンビーム照射後にin-situ電気伝導度を測定するという本研究の特色を活かすことで得られた極めて新規性の高いデータである。この研究結果について、分子科学討論会、日本物理学会年次大会、日本化学会春年会において口頭発表を行っており、日本化学会学生講演賞を受賞した。また、開発した水素イオンビーム照射装置に関する論文を自ら第一著者として執筆し、纏め上げ、国際誌のReview of Scientific Instrumentsに採択された。これまで行ってきた酸化亜鉛薄膜やチタン酸ストロンチウム薄膜への照射実験に関する論文も現在執筆しており、一流誌への投稿を予定している。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2018 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A compact low-temperature hydrogen ion beam apparatus for in situ physical property measurements2017

    • 著者名/発表者名
      Nakayama R.、Suzuki N.、Maesato M.、Nagaoka T.、Arita M.、Kitagawa H.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 88 号: 12 ページ: 123904-123904

    • DOI

      10.1063/1.5004517

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Observation of giant isotope effects induced by deuterium ion beam irradiation of zinc oxide2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nakayama, Naoya Suzuki, Mitsuhiko Maesato, Makoto Arita, Hiroshi Nakanishi, Hiroshi Kiragawa
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 水素イオンビーム照射された酸化亜鉛薄膜における巨大同位体効果2018

    • 著者名/発表者名
      中山 亮、鈴木 直也、前里 光彦、有田 誠、中西 寛、北川 宏
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 水素イオンビーム照射によるチタン酸ストロンチウムの物性制御2017

    • 著者名/発表者名
      中山 亮、前里 光彦、吉宗 航、山本 隆文、陰山 洋、寺嶋 孝仁、北川 宏
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶応義塾大学 日吉キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 低温下水素イオンビーム照射を用いた酸化亜鉛薄膜の物性制御2017

    • 著者名/発表者名
      中山 亮、前里 光彦、長岡 孝、有田 誠、Zhu Wenliang、Pezzotti Giuseppe、北川 宏
    • 学会等名
      第2回固体化学フォーラム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 酸化亜鉛に対する低温での重水素分子イオン照射による同位体効果の観測2017

    • 著者名/発表者名
      中山 亮、鈴木 直也、前里 光彦、有田 誠、北川 宏
    • 学会等名
      第11回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 水素イオンビーム照射による物質・物性変換2017

    • 著者名/発表者名
      中山 亮, 鈴木 直也, 前里 光彦, 北川 宏
    • 学会等名
      先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会 平成29年度 第4回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Isotope Effects in ZnO Induced by Deuterium Ion Beam Irradiation at Low temperature2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nakayama, Mitsuhiko Maesato, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      3rd Japan-Korea Joint Symposium on Protonics and Related Materials
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First study of hydrogen ion beam irradiation effects on ZnO thin film at low temperature using in-situ electrical resistivity measurements2016

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nakayama, Mitsuhiko Maesato, Takashi Nagaoka, Makoto Arita, Wenliang Zhu, Giuseppe Pezzotti, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      European Advanced Materials Congress 2016
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 年月日
      2016-08-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physical property control of ZnO thin film using hydrogen ion beam irradiation at low temperature2016

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nakayama, Mitsuhiko Maesato, Takashi Nagaoka, Makoto Arita, Wenliang Zhu, Giuseppe Pezzotti, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス
    • 年月日
      2016-03-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Hydrogen ion beam irradiation effects on ZnO studied by in-situ resistivity measurements2016

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nakayama, Mitsuhiko Maesato, Takashi Nagaoka, Makoto Arita, Wenliang Zhu, Giuseppe Pezzotti, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      2016KYOTO-KAIST-NTHU Junior Chemist Symposium
    • 発表場所
      Kyoto, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-02-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrogen ion beam irradiation effects on ZnO thin films studied by in-situ variable-temperature electrical resistivity measurements2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nakayama, Mitsuhiko Maesato, Takashi Nagaoka, Makoto Arita, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrogen ion beam irradiation effects on zinc oxide studied by in-situ electrical conductivity measurements2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nakayama, Mitsuhiko Maesato, Takashi Nagaoka, Makoto Arita, Hiroshi Kitagawa
    • 学会等名
      1st Japan-Korea Joint Symposium on Protonics and Related Materials
    • 発表場所
      Kyoto, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2015-11-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低温における水素分子イオン照射による酸化亜鉛の物性制御2015

    • 著者名/発表者名
      中山 亮、前里 光彦、長岡 孝、有田 誠、北川 宏
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 低温での水素イオンビーム照射による 酸化亜鉛薄膜の物性制御2015

    • 著者名/発表者名
      中山 亮、前里 光彦、長岡 孝、有田 誠、北川 宏
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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