量子ビームを用いた酸化物超イオン伝導体に潜む強誘電性の微視的発現機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17K14135
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 研究機関: 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 (2018); 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2017)
• 研究代表者: 石川 喜久 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, 研究員 (30772579)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 結晶構造解析 / 中性子回折 / イオン導電体 / 強誘電体 / 超イオン伝導体 / イオン伝導体 / X線回折

研究成果の概要

KTiOPO4に代表されるAMOXO4(A: Alkali metal, M = Ti, Zn, X = P, As)は超イオン伝導性と強誘電性をあわせもつ物質である. そのため, 既存の結晶構造解析手法では, イオン拡散経路中にある自発分極の秩序化過程を決定する上で未だ不明な点が多い。
本研究では, 最大エントロピー法にMott-Bethe法を適応した"X-N"静電ポテンシャルMEM法を新たに開発した. これら手法をもとにJ-PARC MLF SPICAで低温下中性子粉末回折を実施した. 結果, 200KからK+ cationの原子変位パラメータの顕著な変化を捉えることができた.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発した"X-N"静電ポテンシャルMEM法は, 中性子回折に基づく実験結果を導入することにより, 点電荷の仮定を配した解析が可能となる. このような計算手法は過去に報告例がなく, 本研究成果は量子ビーム科学及び回折結晶学の大きな貢献につながることが期待される. これら手法を踏まえた最大エントロピー法アルゴリズムについて, Rietveld解析ソフトウェアZ-Codeに組み込まれており, ソフトウェアの公開を通して科学技術分野に広く貢献すると考えられる.

研究成果

• [雑誌論文] Z-MEM , Maximum Entropy Method software for electron/nuclear density distribution in Z-Code (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Yoshihisa、Zhang Junrong、Kiyanagi Ryoji、Yonemura Masao、Matsukawa Takeshi、Hoshikawa Akinori、Ishigaki Toru、Torii Shuki、Oishi-Tomiyasu Ryoko、Kamiyama Takashi
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 印刷中 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1016/j.physb.2018.03.034
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Z-MEM , Maximum Entropy Method software for electron/nuclear density distribution in Z-Code (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Yoshihisa、Zhang Junrong、Kiyanagi Ryoji、Yonemura Masao、Matsukawa Takeshi、Hoshikawa Akinori、Ishigaki Toru、Torii Shuki、Oishi-Tomiyasu Ryoko、Kamiyama Takashi
  • 学会等名: International Conference on Neutron Scattering
  • 国際学会