透明ガラス磁石の実現

• 研究課題/領域番号: 18K18928
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分26:材料工学およびその関連分野
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 増野 敦信 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (00378879)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 無容器法 / 希土類酸化物 / 磁性 / 磁気光学効果 / 希土類ガラス / 無容器浮遊法 / ファラデー回転 / 希土類イオン / 常磁性 / ガラス構造解析

研究成果の概要

本研究の目的は，無容器法で合成した高充填密度ガラスに高温高圧処理を施すことで，ガラスでは決して発現しないとされている強磁性を示すガラス，「透明ガラス磁石」を創り出すことであった．研究期間内にガラスにおける強磁性の確認までは至らなかったが，数多くの磁性ガラスの合成には成功した．これらの中で一部の希土類高含有ホウ酸塩ガラスは，光アイソレータに使われているTb3Ga5O12結晶よりも大きな磁気光学効果を示した．様々な構造解析手法を駆使することで，これらのガラス構造とガラス形成能などの物性との相関を明らかにすることができた．さらに高圧印加は，局所構造の制御に有効であることを確認した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

無容器法によって希土類高含有ホウ酸塩ガラスについて網羅的に調べた結果，希土類のイオン半径が，物性や構造に強い影響を与えていることがわかった．一般的なガラスにはあるネットワーク構造が，希土類高含有ホウ酸塩ガラスでは存在しない．このような高充填密度ガラスについて，初めて高圧印加の影響を明らかにした．本研究で合成した希土類高含有ホウ酸塩ガラスは，市販の結晶材料を遙かに凌駕する磁気光学効果を示した．製造方法を工夫したり，永久高密度化することによって，市販材料の置き換えや，あらたな需要が生み出されると期待される．

研究成果

• [国際共同研究] Aalborg University(デンマーク)
• [国際共同研究] Bath University(英国)
• [国際共同研究] DESY(ドイツ)
• [雑誌論文] First-principles molecular dynamics simulation study on Ti4+ ion in aqueous sulfuric acid (2021)
  • 著者名/発表者名: Choe Yoong-Kee、Tsuchida Eiji、Tokuda Kazuya、Otsuka Jun、Saito Yoshihiro、Masuno Atsunobu、Inoue Hiroyuki
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 11 号: 3 ページ: 035224-035224
  • DOI: 10.1063/5.0038061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An XAFS study of the local structure of Eu³⁺ ions in glasses prepared by a levitation technique (2020)
  • 著者名/発表者名: INOUE Hiroyuki、MASUNO Atsunobu、SAITO Atsuki、WATANABE Yasuhiro、TOKUDA Kazuya、SAITO Yoshihiro、IIHARA Junji
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 128 号: 5 ページ: 279-283
  • DOI: 10.2109/jcersj2.20043
  • NAID: 130007839523
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 年月日: 2020-05-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accurate Synchrotron Hard X-ray Diffraction Measurements on High-Temperature Liquid Oxides (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Ohara, Y. Onodera, S. Kohara, C. Koyama, A. Masuno, A. Mizuno, J. T. Okada, S. Tahara, Y. Watanabe, H. Oda, Y. Nakata, H. Tamaru, T. Ishikawa, O. Sakata
  • 雑誌名: International Journal of Microgravity Science and Application 巻: 37 号: 2 ページ: 370202
  • DOI: 10.15011/jasma.37.2.370202
  • NAID: 130007838458
  • ISSN: 2188-9783
  • 年月日: 2020-04-30
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure and properties of densified silica glass: characterizing the order within disorder (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Onodera, S. Kohara, P. S. Salmon, A. Hirata, N. Nishiyama, S. Kitani, A. Zeidler, M. Shiga, A. Masuno, H. Inoue, et al.
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 12 号: 1 ページ: 85-85
  • DOI: 10.1038/s41427-020-00262-z
  • NAID: 120006950593
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Revealing Spatial Distribution of Al-Coordinated Species in a Phase-Separated Aluminosilicate Glass by STEM-EELS (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Liao, A. Masuno, A. Taguchi, H. Moriwake, H. Inoue, and T. Mizoguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 11 号: 22 ページ: 9637-9642
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c02687
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of modifier cations on the local environment of aluminum in La2O3-Al2O3 and Y2O3-Al2O3 binary glasses (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Yasuhiro、Masuno Atsunobu、Inoue Hiroyuki、Yanaba Yutaka、Kato Katsuyoshi
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 22 号: 35 ページ: 19592-19599
  • DOI: 10.1039/d0cp02778b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Origin of Additional Infrared Transparency and Enhanced Glass-Forming Ability in Rare-Earth-Rich Borate Glasses without B-O Networks (2020)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Shunta、Masuno Atsunobu、Ohara Koji、Yanaba Yutaka、Inoue Hiroyuki、Watanabe Yasuhiro、Kohara Shinji
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 号: 19 ページ: 13942-13951
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c01567
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principal Vibration Modes of the La2O3-Ga2O3 Binary Glass Originated from Diverse Coordination Environments of Oxygen Atoms (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Kohei、Masuno Atsunobu、Sato Itaru、Ezura Yoshinobu、Inoue Hiroyuki、Ueda Motoi、Mizuguchi Masafumi、Yanaba Yutaka、Kawashima Tatsunori、Oya Tomoki、Onodera Yohei、Kohara Shinji、Ohara Koji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 号: 24 ページ: 5056-5066
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c02147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Very sharp diffraction peak in nonglass-forming liquid with the formation of distorted tetraclusters (2020)
  • 著者名/発表者名: C. Koyama, S. Tahara, S. Kohara, Y. Onodera, D. R. Smabraten, S. M. Selbach, J. Akola, T. Ishikawa, A. Masuno, A. Mizuno, J. T. Okada, Y. Watanabe, Y. Nakata, K. Ohara, H. Tamaru, H. Oda, I. Obayashi, Y. Hiraoka, O. Sakata
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 12 号: 1 ページ: 43-43
  • DOI: 10.1038/s41427-020-0220-0
  • NAID: 120006848368
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Real-Space Mapping of Oxygen Coordination in Phase-Separated Aluminosilicate Glass: Implication for Glass Stability (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Liao, M. Haruta, A. Masuno, H. Inoue, H. Kurata, and T. Mizoguchi, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 3 号: 6 ページ: 5053-5060
  • DOI: 10.1021/acsanm.0c00196
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microstructural effects on hardness and optical transparency of birefringent aluminosilicate nanoceramics (2020)
  • 著者名/発表者名: Gaida Nico A.、Nishiyama Norimasa、Beermann Oliver、Schurmann Ulrich、Masuno Atsunobu、Giehl Christopher、Niwa Ken、Hasegawa Masashi、Bhat Shrikant、Farla Robert、Kienle Lorenz
  • 雑誌名: International Journal of Ceramic Engineering & Science 巻: 2 号: 2 ページ: 76-82
  • DOI: 10.1002/ces2.10036
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 第一原理計算からのTiO2を含む結晶とガラスの光学特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上博之，馬田拓実，増野敦信
  • 雑誌名: NEW GLASS 巻: 1 ページ: 3-7
• [雑誌論文] Understanding diffraction patterns of glassy, liquid and amorphous materials via persistent homology analyses (2019)
  • 著者名/発表者名: ONODERA Yohei、KOHARA Shinji、TAHARA Shuta、MASUNO Atsunobu、INOUE Hiroyuki、SHIGA Motoki、HIRATA Akihiko、TSUCHIYA Koichi、HIRAOKA Yasuaki、OBAYASHI Ippei、OHARA Koji、MIZUNO Akitoshi、SAKATA Osami
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 127 号: 12 ページ: 853-863
  • DOI: 10.2109/jcersj2.19143
  • NAID: 130007755063
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 年月日: 2019-12-01
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High refractive index La-rich lanthanum borate glasses composed of isolated BO3 units (2019)
  • 著者名/発表者名: Masuno Atsunobu、Iwata Takashi、Yanaba Yutaka、Sasaki Shunta、Inoue Hiroyuki、Watanabe Yasuhiro
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 48 号: 29 ページ: 10804-10811
  • DOI: 10.1039/c9dt01715a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrahigh pressure structural changes in a 60 mol. % Al2O3?40 mol. % SiO2 glass (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohira I.、Kono Y.、Shibazaki Y.、Kenney-Benson C.、Masuno A.、Shen G.
  • 雑誌名: Geochemical Perspectives Letters 巻: 10 ページ: 41-45
  • DOI: 10.7185/geochemlet.1913
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fluorescence characterization of heavily Eu3+-doped lanthanum gallate glass spheres with high quenching concentration (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Kohei、Ezura Yoshinobu、Ueda Motoi、Masuno Atsunobu、Inoue Hiroyuki、Mizuguchi Masafumi
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 44 号: 4 ページ: 875-875
  • DOI: 10.1364/ol.44.000875
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bright greenish-yellow pigments based on Sc2-xFexO3 solid solutions with bixbyite structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Hideki、Sayo Kotaro、Asoh Hidetaka、Fujii Tatsuo、Takano Mikio、Masuno Atsunobu
  • 雑誌名: Materials Research Bulletin 巻: 109 ページ: 190-194
  • DOI: 10.1016/j.materresbull.2018.09.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ observation of the structural change in MgO-B2O3-SiO2 glass at high pressure and the permanent structural change (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamada A.、Harada M.、Masuno A.、Yamanaka K.、Higo Y.、Yoshida S.、Ohta T.、Matsuoka J.
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids 巻: 499 ページ: 25-31
  • DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2018.07.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of rare-earth ion size on elasticity and crack initiation in rare-earth aluminate glasses (2018)
  • 著者名/発表者名: Rosales-Sosa Gustavo A.、Masuno Atsunobu、Higo Yuji、Watanabe Yasuhiro、Inoue Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 巻: 101 号: 11 ページ: 5030-5036
  • DOI: 10.1111/jace.15760
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural analysis of sulfuric acid solutions containing Ti and Mn using x-ray diffraction, x-ray absorption fine structure, and molecular dynamics simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Tokuda Kazuya、Iihara Junji、Saito Yoshihiro、Masuno Atsunobu、Inoue Hiroyuki
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 149 号: 1 ページ: 014503-014503
  • DOI: 10.1063/1.5024950
  • 査読あり
• [学会発表] 無容器法で合成した機能性酸化物ガラスの物性と構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会共催シンポジウム 多様な物質に潜む「超秩序構造」-構造物性研究の新展開-
  • 招待講演
• [学会発表] 亜鉛を含む模擬ガラス固化体の局所構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信，三浦吉幸，兼平憲男，岡本芳浩，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] Bi2O3-SiO2-Al2O3ガラスの構造と誘電特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] A3B2Si3O12ガラス(A:アルカリ土類金属,?B:希土類, Sc, Y)の物性と構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 熊谷賢人，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] 希土類ボレートガラスの構造と機械特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐々木俊太，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] Structural analyses of nuclear waste glasses in Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno
  • 学会等名: Glass Meeting 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bi2O3-SiO2-Al2O3ガラスの構造と物性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
• [学会発表] 無容器法により合成した三次元ネットワークを持たない希土類高含有ボレートガラスの物性と構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐々木俊太，増野敦信，尾原幸治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
• [学会発表] 無容器法を用いて合成したLa2O3-Ga2O3系ガラスの機械特性, 誘電特性と構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大矢智貴，増野敦信，小野寺陽平
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2020年年会
• [学会発表] ネットワークが断片化したアルミノリン酸塩ガラスの物性と構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松谷朋治，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2020年年会
• [学会発表] 無容器法によって合成した Ba(Ti1-xMx)2O5ガラスの熱処理結晶化過程 (2020)
  • 著者名/発表者名: 泉智，増野敦信
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2020年年会
• [学会発表] Crack-resistant and High Elastic Modulus Oxide Glasses Prepared by a Levitation Technique (2019)
  • 著者名/発表者名: Atsunobu Masuno
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019 (MRM 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 無容器法により合成した希土類ボレートガラスの物性と構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木俊太，増野敦信，尾原幸治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第60回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
• [学会発表] Al2O3-SiO2-ZrO2系ガラスの構造と機械特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三上優希，増野敦信，簗場豊，肥後祐司，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第60回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
• [学会発表] Control of Refractive Index Dispersion of High Refractive Index Glasses Prepared by a Levitation Technique (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, Y. Okamura, H. Inoue, Y. Watanabe, Y. Yanaba
  • 学会等名: 14th International Conference on The Structure of Non-crystalline Materials (NCM14)
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanical properties of Al2O3-Ta2O5-MxOy (MxOy = Nb2O5, Ga2O3, or Y2O3) glasses prepared by a levitation technique (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Mikami, A. Masuno, Y. Yanaba, H. Inoue
  • 学会等名: The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM13)
  • 国際学会
• [学会発表] High refractive index with low wavelength dispersion of La2O3-rich La2O3-B2O3-Nb2O5 glasses prepared by a levitation technique (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, Y. Yanaba, S. Sasaki, H. Inoue
  • 学会等名: The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM13)
  • 国際学会
• [学会発表] 無容器法で合成した高硬度アルミネートガラスの物性と構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信，三上優希
  • 学会等名: 日本材料学会第5回材料WEEK
• [学会発表] Physical and structural properties of MgO-SiO2-PO5/2 invert glasses prepared by a levitation technique (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, S. Sasaki, Y. Yanaba, H. Inoue
  • 学会等名: 25th International Congress on Glass (ICG 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 浮遊融液から現れる新規準安定相の機能と構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会東北支部東北地区講演会・若手フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 無容器法を用いたMgO-SiO2-PO5/2三元系ガラスの合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木創，増野敦信
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2019年年会
• [学会発表] Al2O3-MxOy-Ta2O5 (MxOy = Nb2O5, Ga2O3, Y2O3)ガラスの合成と機械特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三上優希，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2019年年会
• [学会発表] 模擬ガラス固化体の局所構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信，三浦吉幸，兼平憲男，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2019年年会
• [学会発表] 超硬ガラス (2018)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: 生産開発技術研究所 新材料・新技術利用研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 無容器法によって合成した機能性準安定酸化物の物性と構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: SPRUC 原子分解能ホログラフィー研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Structural analyses of functional oxide glasses prepared by a levitation technique (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno
  • 学会等名: THERMEC'2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 無容器溶融技術が拓くガラスの未来 (2018)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: ニューガラスフォーラム 第130回若手懇談会
  • 招待講演
• [学会発表] Local Structure Analysis of Nuclear Waste Glasses (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, Y. Miura, N. Kanehira, Y. Yanaba, H. Inoue
  • 学会等名: ICG Annual Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Masuno Group, Laboratory of Solid State Chemistry, Hirosaki University (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno
  • 学会等名: ICG Annual Meeting 2018
  • 国際学会
• [備考] 弘前大学理工学部物質創成化学科 増野研究室
  • URL: http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~masuno/index.html
• [備考] 【プレスリリース】世界一構造秩序のあるガラスの合成と構造解析に成功
  • URL: https://www.hirosaki-u.ac.jp/53218.html
• [備考] 【プレスリリース】アモルファス構造の解明に一歩前進 ～原子の配位数を可視化～
  • URL: https://www.hirosaki-u.ac.jp/52240.html
• [備考] 弘前大学理工学部物質創成化学科 増野研究室
  • URL: http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~masuno/
• [備考] 科研費NEWS 2018年度 Vol. 2
  • URL: https://www.jsps.go.jp/j-grantsinaid/22_letter/e-book/news2018_vol2/index_h5.html#1
• [産業財産権] ガラス材の製造方法 (2018)
  • 発明者名: 増野敦信，井上博之，佐藤史雄，榎本朋子，小谷修
  • 権利者名: 増野敦信，井上博之，佐藤史雄，榎本朋子，小谷修
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018