先端X線利用による回折結晶学の再構築

• 研究領域: 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス
• 研究課題/領域番号: 17H05328
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 西堀 英治 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10293672)
• 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: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 放射光 / 回折 / ナノ領域 / データ解析 / モデリング / X線自由電子レーザー / ナノサイズX線 / X線回折 / 結晶学 / 全原子モデリング

研究実績の概要

本年度は、特に先端X線光源の利用として、X線自由電子レーザーの利用研究を精力的に進めた。特筆すべきことは、高エネルギーを用いた半導体材料等の無機材料の為のシリアルフェムト秒X線回折を提案し、採択率50％の倍率を誇るX線自由電子レーザー施設SACLAの課題に我々のグループが代表として採択されたことである。この提案は、理研SACLAグループとの緊密な共同研究を通じて得た情報を基に、結晶学を必要とする分野での有効活用を検討して見つけることができたものである。具体的には、SACLAで近年利用可能になったばかりの20KeVのX線レーザーを使用し、これまで世界のX線自由電子レーザー研究で広く行われてきたシリアルフェムト秒回折の技術と融合させることで新規なアイディアの提案を生み出すことに成功した。このマシンタイムは2018年の12月に配分され、実験を実施した。施設内研究者との緊密な打ち合わせにより、タンパク質構造解析用に開発されたグリースを使った試料搬送法を無機材料で使用することに成功した。これらによって、１回のマシンタイムで複数のサンプルのシリアルフェムト秒回折のデータを得ることに成功した。また、X線自由電子レーザーのフェムト秒の時間分解能を生かして、フェムト秒の時分割測定をレーザーを照射させたサンプルに対して試み、時間差を0から300フェムト秒で変化させたデータの測定にも成功した。データ解析では、タンパク質構造解析で培われたシステムが無機材料では全く利用できないことも分かった。このデータ処理法の開発が次の課題である。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Hydrothermal reactor for in-situ synchrotron radiation powder diffraction at SPring-8 BL02B2 for quantitative design for nanoparticle (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujita Tomoki、Kasai Hidetaka、Nishibori Eiji
  • 雑誌名: The Journal of Supercritical Fluids 巻: 147 ページ: 172-178
  • DOI: 10.1016/j.supflu.2018.10.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic-scale phonon scatterers in thermoelectric colusites with a tetrahedral framework structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Suekuni Koichiro、Shimizu Yuta、Nishibori Eiji、Kasai Hidetaka、Saito Hikaru、Yoshimoto Daichi、Hashikuni Katsuaki、Bouyrie Yohan、Chetty Raju、Ohta Michihiro、Guilmeau Emmanuel、Takabatake Toshiro、Watanabe Kosuke、Ohtaki Michitaka
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 7 号: 1 ページ: 228-235
  • DOI: 10.1039/c8ta08248k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tightly binding valence electron in aluminum observed through X-ray charge density study. (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki, H. Kasai and E. Nishibori
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 11964-11964
  • DOI: 10.1038/s41598-018-30470-1
  • NAID: 120007133844
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure factors and charge-density study of diamond at 800K (2018)
  • 著者名/発表者名: Deguchi Yuka、Nishibori Eiji
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section B Structural Science, Crystal Engineering and Materials 巻: 74 号: 6 ページ: 651-659
  • DOI: 10.1107/s205252061801497x
  • NAID: 120007128113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retreat from Stress: Rattling in a Planar Coordination (2018)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Suekuni, Chul Ho Lee, Hiromi I. Tanaka, Eiji Nishibori, Atsushi Nakamura, Hidetaka Kasai, Hidetomo Usui, Masayuki Ochi, Takumi Hasegawa, Mitsutaka Nakamura, Seiko Ohira‐Kawamura, Tatsuya Kikuchi, Koji Kaneko, Hirotaka Nishiate, Katsuaki Hashikuni, Yasufumi Kosaka, Kazuhiko Kuroki, Toshiro Takabatake, 他1名
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 30 号: 13 ページ: 1706230-1706230
  • DOI: 10.1002/adma.201706230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and characterization of hydrogen boride sheets derived from MgB2 by cation exchange (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Nguyen Thanh Cuong, Satoshi Tominaka, Masahiro Miyauchi, SoshiIimura, Akihiko Hirata, Naoto Umezawa, Susumu Okada, Eiji Nishibori, Asahi Fujino, TomohiroFujimori, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 39 ページ: 13761-13769
  • DOI: 10.1021/jacs.7b06153
  • 査読あり
• [学会発表] Accurate structural studies of functional materials using synchrotron radiation X-ray powder diffraction (2017)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nishiobri
  • 学会等名: The International Conference on High-Performance Ceramics (CICC-10)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An approach to identify the atomic arrangement in nanometer range-size (2017)
  • 著者名/発表者名: Hantaro Ozawa, Eiji Nishibori, Yutaka Moritomo
  • 学会等名: 24th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography,
  • 国際学会