水晶振動子を用いた金属ナノ粒子における水素吸蔵量の低温・高水素圧下超精密測定

• 研究課題/領域番号: 18K04683
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26010:金属材料物性関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 稲垣 祐次 九州大学, 工学研究院, 助教 (10335458)
• 研究分担者: 河江 達也 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30253503)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 水素吸蔵 / ナノ粒子 / 超伝導 / 水晶振動子 / 水素吸蔵合金 / 機械的振動法 / 磁性

研究成果の概要

一般に物質による水素吸蔵の評価法は容量法と呼ばれる水素圧力をモニターする手法が採用されることが多い。本研究では容量法が適用できない環境、例えば極低温下や微量の試料の場合などで水素吸蔵特性が評価可能な手法を確立することを目的に水晶振動子マイクロバランスを採用して手法の確立を目指した。結果、試料マウント方法に若干の検討課題が残るものの、近い将来、十分に利用可能なレベルまで到達することができた。
また並行して実施したin situによる水素誘起物性の研究では、パラジウム水素系における水素吸蔵に伴う電子状態、延いては磁性、超伝導状態に関する極めて重要な知見を得ることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

水素社会の実現に向けては、もちろん我々が生活する室温領域で有効に動作する水素デバイスの開発が重要であることは間違いありません。しかしながら物性の本質を見ようとする場合、室温では温度が高すぎる場合あり、我々は特に低温における水素吸蔵特性の評価から本質を探ろうといスタンスで研究を進めています。高温では隠されている物性が材料開発の鍵を見出す可能性を本研究は秘めています。また、本研究で実施した極低温領域における金属水素化物の超伝導に関する研究は、人類の夢である室温超伝導実現に向けた知見を得る可能性を内包しており、学術的にも社会的に意義深い重要な研究課題であると考えられます。

研究成果

• [国際共同研究] Ames Laboratory(米国)
• [雑誌論文] Corundum insulating phases in highly Ti-doped V2O3 nanocrystals (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishiwata Yoichi, Maruyama Toru, Otsuru Sho, Tsukahara Takuto, Ishii Hirofumi, Liao Yen-Fa, Tsuei Ku-Ding, Imamura Masaki, Takahashi Kazutoshi, Inagaki Yuji, Kawae Tatsuya, Kida Tetsuya, Suehiro Satoshi, Nantoh Masashi, Ishibashi Koji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 3 ページ: 035415-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.035415
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Superconductivity in Palladium Hydride Systems (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Kawae, Y. Inagaki, S. Wen, S. Hirota, D. Ito, and T. Kimura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 5 ページ: 051004-10
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.051004
  • NAID: 210000158048
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Point-Contact Spectroscopy Study of Kondo Insulator SmB6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Harada T.、Shiga M.、Okimura K.、Inagaki Y.、Iga F.、Kawae T.
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30 ページ: 011022-011022
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-situ Investigation of Electronic Properties in Yttrium-hydride Prepared at Low Temperature (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Miyakawa, H. Takata, T. Yamaguchi, Y. Inagaki, and T. Kawae
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30 ページ: 011077-6
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011077
  • 査読あり
• [雑誌論文] Point-Contact Spectroscopy Study of YbPd/W Interface (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiga Masanobu、Harada Takurou、Takahashi Takuya、Mitsuda Akihiro、Wada Hirofumi、Inagaki Yuji、Kawae Tatsuya
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30 ページ: 011139-011139
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011139
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anisotropic Magnetic Field Dependence of Specific Heat in Cubic Symmetric Quadrupolar Kondo Compound Pr0.05La0.95Pb3 (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Kawae, M. Koga, Y. Sato, Y. Inagaki, T. Fujiwara, H. S. Suzuki, and Tetsuo Kitai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 6 ページ: 063704-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.063704
  • NAID: 210000158245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermionic order by disorder in a van der Waals antiferromagnet (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Okuma, D. Ueta, S. Kuniyoshi, Y. Fujisawa, B. Smith, C. H. Hsu, Y. Inagaki, W. Si, T. Kawae, H. Lin, F. C. Chuang, T. Masuda, R. Kobayashi and Y. Okada
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 10 号: 1 ページ: 15311-8
  • DOI: 10.1038/s41598-020-72300-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Study of a new layered ternary chalcogenide CuAnTe2 and its potassium intercalation effect (2020)
  • 著者名/発表者名: M. K. Islam, M. A. Sarker, Y. Inagaki and M. S. Islam
  • 雑誌名: Material Research Express 巻: 7 号: 10 ページ: 105904-10
  • DOI: 10.1088/2053-1591/abbd06
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative study of the conductivity of synthesized bivalent vanadates CaV2O6 and MnV2O6 (2020)
  • 著者名/発表者名: M. S. Saiful, H. Kabir, Y. Inagaki and A. R. Sarker
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 829 ページ: 154499-5
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.154499
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultra-precision measurement of hydrogen storage capacity in metal nanoparticles using quartz crystal at low temperature and high hydrogen pressure (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Inagaki, Tatsuya Kawae
  • 雑誌名: Impact 巻: 2019 号: 10 ページ: 102-104
  • DOI: 10.21820/23987073.2019.10.102
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] In situ Magnetization Measurement of Superconducting Transition in PdH0.82 and PdD0.79 Prepared by Low-Temperature Absorption (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuji Inagaki, Si Wen, Yousuke Kawasaki, Hiroki Takata, Yuji Furukawa, and Tatsuya Kawae
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 12 ページ: 123701-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.123701
  • NAID: 210000135028
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] パラジウムナノ粒子の磁性と水素吸蔵 (2020)
  • 著者名/発表者名: 稲垣祐次、廣田壮平、井之川週就祐、河江達也
  • 学会等名: 第１２６回 日本物理学会 九州支部例会
• [学会発表] S=1/2 正三角クラスターKBa3Ca4Cu3V7O28 のNMR (2020)
  • 著者名/発表者名: 稲垣祐次、Qing-Ping Ding、Panchanan Khuntia、 河江達也、古川裕次
  • 学会等名: 第75回 日本物理学会 年次大会
• [学会発表] 水素濃度の異なるPdHx の超伝導特性に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田壮平, 司文, 稲垣祐次, 河江達也
  • 学会等名: 第125回日本物理学会九州支部例会
• [学会発表] 低温水素吸蔵により作製したPdHxの超伝導に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田壮平, 司文, 稲垣祐次, 河江達也
  • 学会等名: 第74回日本物理学会秋季大会
• [学会発表] パラジウム水素化物の作製およびその超伝導転移の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田壮平、司文、稲垣祐次、河江達也
  • 学会等名: 磁気記録・情報ストレージ研究会（MRIS）
• [学会発表] Study of Superconducting Transition in Palladium Hydride (PdHx) Prepared by Low-temperature Absorption (2019)
  • 著者名/発表者名: 司文, 廣田壮平, 伊藤大樹, 稲垣祐次, 木村崇, 河江達也
  • 学会等名: 日本物理学会第７４回年次大会
• [学会発表] 低温水素吸蔵を利用したPdHx 及びPdDx の磁化測定による超伝導転移の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 廣田壮平、司文、川崎洋輔、高田弘樹、稲垣祐次、河江達也
  • 学会等名: 第１２４回日本物理学会九州支部例会
• [学会発表] Resistivity Measurement of Superconducting PdHx Prepared by Low Temperature Absorption (2018)
  • 著者名/発表者名: 司文、廣田壮平、伊藤大樹、稲垣佑次、木村崇、河江達也
  • 学会等名: 第１２４回日本物理学会九州支部例会