ハイパーマテリアルの構造

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: ハイパーマテリアル：補空間が創る新物質科学
• 研究課題/領域番号: 19H05819
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 高倉 洋礼 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30284483)
• 研究分担者: 綿貫 徹 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所, 副所長 (30343932) ; 松浦 直人 一般財団法人総合科学研究機構, 中性子科学センター, 主任研究員 (30376652) ; 門馬 綱一 独立行政法人国立科学博物館, 地学研究部, 研究主幹 (30552781) ; 松下 能孝 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, ユニットリーダー (70422441) ; 藤田 伸尚 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (70431468)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 準結晶 / 近似結晶 / 静的構造 / 動的構造 / 相形成 / 相安定性 / 構造可視化

研究実績の概要

今年度は自然界で見出だされたAlCuFe正20面体準結晶及びAlNiFe正10角形準結晶を国際共同研究として放射光X線回折により構造評価するとともに、主に近似結晶の構造解析を進めた。Al-Pd-Mn-Fe系合金における高次近似結晶（P40相）の単結晶育成、および得られた単結晶を用いた結晶構造解析を完了した。また、前年度までに明らかになっていたAl-Pd-Mo-Fe系高次近似結晶の約750℃における構造相転移について、低温相が空間群P-3をもつ新種の結晶構造を持つことを、単結晶法による構造解析から明らかにした。新たにAl-Pd-W-Fe系合金を用いた高次近似結晶および正20面体準結晶相の創出に成功した。この高次近似結晶において、Al-Pd-Mo-Fe系の場合と類似した構造相転移が観察されたため、高温相および低温相の両方の単結晶育成を行い、単結晶X線回折データを取得した。中性子散乱を用いてAl-Pd-Mn準結晶の低温領域、低波数領域におけるフェイゾンの精密測定を行った。また、Au-Al-Yb準結晶・近似結晶における臨界磁気揺らぎ、長距離磁気秩序を示すAu70Al16Tb14近似結晶における磁気励起の測定を行った。さらに、放射光コヒーレントX線回折を用いてイメージングとダイナミクスの観察を進めることにより、Al-Cu-Ru系正20面体準結晶・近似結晶について、高温で発生するメゾスケール構造揺らぎを捉えることに成功した。粉末回折データから結晶相の同定をベイズ推論を用いて客観的かつ自動的に候補を絞り込む方法論を構築した。ハイパーマテリアルの可視化については、6次元ないし5次元空間上の準結晶構造およびその近似結晶を統一的に扱う機能を実装し、高次元の対称性情報と紐づけたまま、結晶外形、原子配列、磁気対称性、格子面、補空間方向を可視化するソフトウェアを一般公開した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] SIMaP, Grenoble/ESRF/ILL(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: SIMaP, Grenoble/ESRF/ILL
• [国際共同研究] University of Florence(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: University of Florence
• [国際共同研究] Princeton University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Princeton University
• [雑誌論文] Phase Equilibria in Aluminium-Ruthenium-Silicon System near 1200 Kelvin (2024)
  • 著者名/発表者名: Kitahara Koichi、Takakura Hiroyuki、Iwasaki Yutaka、Kimura Kaoru
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 65 ページ: 18～26
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-M2023128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Canonical‐Cell Tilings and their Atomic Decorations (2024)
  • 著者名/発表者名: Fujita Nobuhisa、Mihalkovic Marek、Henley Christopher L.
  • 雑誌名: Israel Journal of Chemistry 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/ijch.202300130
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bayesian estimation to identify crystalline phase structures for X-ray diffraction pattern analysis (2024)
  • 著者名/発表者名: Murakami Ryo、Matsushita Yoshitaka、Nagata Kenji、Shouno Hayaru、Yoshikawa Hideki
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials: Methods 巻: 4 ページ: 2300698-1～20
  • DOI: 10.1080/27660400.2023.2300698
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nanoscale dynamics of hydrogen in VO2 studied by μSR (2024)
  • 著者名/発表者名: Okabe H.、Hiraishi M.、Koda A.、Matsushita Y.、Ohsawa T.、Ohashi N.、Kadono R.
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 8 ページ: 024602-1～6
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.8.024602
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic properties of the quasicrystal approximant Au65Ga21Tb14 (2023)
  • 著者名/発表者名: Nawa Kazuhiro、Avdeev Maxim、Ishikawa Asuka、Takakura Hiroyuki、Wang Chin-Wei、Okuyama Daisuke、Murasaki Ryo、Tamura Ryuji、Sato Taku J.
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 7 ページ: 054412-1～10
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.054412
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Atomic structure of the unique antiferromagnetic 2/1 quasicrystal approximant (2023)
  • 著者名/発表者名: Labib Farid、Takakura Hiroyuki、Ishikawa Asuka、Tamura Ryuji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 184110-1～10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.184110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of five compounds in the aluminium-ruthenium-silicon system (2023)
  • 著者名/発表者名: Kitahara Koichi、Takakura Hiroyuki、Iwasaki Yutaka、Kimura Kaoru
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section E Crystallographic Communications 巻: 79 ページ: 946～951
  • DOI: 10.1107/S2056989023008393
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation and structure of 1/1 cubic approximants in the Cd-Mg-Ce system: The identification of a new structural variant (2023)
  • 著者名/発表者名: Labib Farid、Fujita Nobuhisa、Takakura Hiroyuki、Ohhashi Satoshi、Shiino Takayuki、Tsai An-Pang、Tamura Ryuji
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 954 ページ: 170151～170151
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.170151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Stability and CO Oxidation Property of Non-Equilibrium Pd-Ru Alloy Catalyst (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Takeru、Tsukuda Ryota、Ohhashi Satoshi、Fujita Nobuhisa、Kameoka Satoshi
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 64 ページ: 2440～2444
  • DOI: 10.2320/matertrans.mt-mh2022010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lattice strain visualization inside a 400 nm single grain of BaTiO3 in polycrystalline ceramics by Bragg coherent X-ray diffraction imaging (2023)
  • 著者名/発表者名: Oshime Norihiro、Ohwada Kenji、Machida Akihiko、Fukushima Nagise、Shirakawa Kosuke、Ueno Shintaro、Fujii Ichiro、Wada Satoshi、Sugawara Kento、Shimada Ayumu、Ueno Tetsuro、Watanuki Tetsu、Ishii Kenji、Toyokawa Hidenori、Momma Koichi、Kim Sangwook、Tsukada Shinya、Kuroiwa Yoshihiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: SM1022～SM1022
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ace832
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phase transitions and slow spin dynamics of slightly inverted A-site spinel CoAl2－xGaxO4 (2023)
  • 著者名/発表者名: Naka T、Valenta J、Nakane T、Ishii S、Nakayama M、Mamiya H、Takehana K、Tsujii N、Imanaka Y、Matsushita Y、Abe H、Uchikoshi T、Yusa H
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 36 ページ: 125801-1～16
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ad12fc
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 放射光X線回折による天然準結晶の構造評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 高倉 洋礼, 水沼 昂大, 水谷 哲, 山田庸公, L. Bindi, M. de Boisseu, A. Bosak, F. Formisano, L. Paolasini, P. J. Steinhardt
  • 学会等名: 第11回ハイパーマテリアル領域会議
• [学会発表] 半導体準結晶探索の現状 (2024)
  • 著者名/発表者名: 木村薫，岩崎祐昴，北原功一，高際良樹，高倉洋礼，岡田純平，廣戸孝信，湯葢邦夫，田中颯太，石川明日香，田村隆治，藤田絵里奈，桂ゆかり，草場穫，劉暢，吉田亮
  • 学会等名: 第11回ハイパーマテリアル領域会議
• [学会発表] Six-dimensional structure model for F-type Al-based icosahedral quasicrystals (2024)
  • 著者名/発表者名: Tsunetomo Yamada, Hiroyuki Takakura, Akiji Yamamoto
  • 学会等名: 第11回ハイパーマテリアル領域会議
• [学会発表] Al-Pd-Fe系合金におけるW添加による新規準結晶及び高次近似結晶の創成 (2024)
  • 著者名/発表者名: 青山茉喜乙, 藤田伸尚, 大橋諭
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] 拡張型カノニカルセルタイリングに基づくクラスタの空間充填 (2024)
  • 著者名/発表者名: 藤田伸尚
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] Al-Pd-Fe 系合金におけるＷ添加による新規準結晶及び高次 近似結晶の創成 (2024)
  • 著者名/発表者名: 青山 茉喜乙, 藤田 伸尚, 大橋 諭
  • 学会等名: 日本金属学会2024年春期（第174回）講演大会
• [学会発表] 触媒活性元素をドープした複雑金属間化合物 Al13Fe4 の触媒特性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 花岡 真衣, 野澤 和生, 藤田 伸尚, 亀岡 聡
  • 学会等名: 日本金属学会2024年春期（第174回）講演大会
• [学会発表] Al-Pd-TM（遷移金属）系正20面体ハイパーマテリアルの研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 藤田伸尚
  • 学会等名: 新学術領域ハイパーマテリアル 第１１回領域会議
• [学会発表] 一般化Ammannグリッドの双対としての菱型準周期タイリングと ハイパーユニフォーミティ (2024)
  • 著者名/発表者名: 藤田伸尚
  • 学会等名: 第2回研究会「準周期電子状態とマルチフラクタリティ・ハイパーユニフォーミティ」
  • 招待講演
• [学会発表] 準結晶の格子ダイナミクス (2024)
  • 著者名/発表者名: 松浦 直人, 張晋嘉, 上村祥史, 枝川圭一, 高倉 洋礼, 古府麻衣子, 石川大介, A. Baron
  • 学会等名: 第11回ハイパーマテリアル領域会議
• [学会発表] 準結晶フォノンにおける特異連続性と非相反伝播 (2024)
  • 著者名/発表者名: 松浦直人, 張晋嘉, 上村祥史, 枝川圭一, 古府麻衣子
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] X 線光子相関分光法による Al-Cu-Ru 準結晶・近似結晶のダイナミクス観察 (2024)
  • 著者名/発表者名: 綿貫 徹, 大和田 謙二, 押目 典宏, 町田 晃彦, 菅原 健人, 島田 歩, 藤田 伸尚
  • 学会等名: 第11回ハイパーマテリアル領域会議
• [学会発表] BraggコヒーレントX線回折イメージング法による数十～数百nmサイズ結晶一粒子の非破壊観察 (2024)
  • 著者名/発表者名: 押目 典宏, 大和田 謙二, 町田 晃彦, 福島 凪世, 白川皓介, 上野 慎太郎, 藤井 一郎, 和田 智志, 菅原 健人, 島田 歩, 上野 哲朗, 綿貫 徹, 石井 賢司, 豊川 秀訓, 門馬 綱一, Kim Sangwook, 塚田 真也, 黒岩 芳弘
  • 学会等名: 第37回日本放射光学会年会
• [学会発表] 準結晶データの可視化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 門馬綱一、高倉洋礼
  • 学会等名: ハイパーマテリアル 第11回領域会議
• [学会発表] アルキル化ジフェニルアントラセン液体の物性に及ぼすアトロプ異性体の効果 (2024)
  • 著者名/発表者名: ジェン シャオ, 名倉 和彦, 松下 能孝, 中西 尚志
  • 学会等名: 日本化学会第104春季年会
• [学会発表] Cluster covering structure in a 3/2-2/1-2/1 rational approximant to Bergman type icosahedral quasicrystals (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Takakura
  • 学会等名: 第15回準結晶国際会議(ICQ15)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Non-cubic rational approximants to Bergman-type icosahedral quasicrytals (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Takakura
  • 学会等名: International Conference on Complex Orders in Condensed Matter:aperiodic order, local order, electronic order, hidden order (Evian, France)
  • 国際学会
• [学会発表] Bergman型Al-Zn-Mg系2/1近似結晶の構造のみだれ (2023)
  • 著者名/発表者名: 高倉洋礼，水谷哲
  • 学会等名: 第10回ハイパーマテリアル領域会議
• [学会発表] 天然AlCuFe正20面体準結晶の放射光X線回折 (2023)
  • 著者名/発表者名: 水沼 昂大, L. Bindi, M. de Boisseu, A. Bosak, F. Formisano, L. Paolasini, P. J. Steinhardt, 山田庸公, 高倉洋礼
  • 学会等名: 第28回準結晶研究会
• [学会発表] 天然AlNiFe正10角形準結晶の放射光X線回折 (2023)
  • 著者名/発表者名: 水谷 哲, L. Bindi, M. de Boisseu, A. Bosak, F. Formisano, L. Paolasini, P. J. Steinhardt, 山田庸公, 高倉洋礼
  • 学会等名: 第28回準結晶研究会
• [学会発表] 一般化Ammann bar gridsを用いた菱形準周期タイリングの生成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤田 伸尚, 新関 駒二郎
  • 学会等名: 第28回準結晶研究会
• [学会発表] Single-crystal growth and structure analysis of the high-order approximant in Al-Pd-Mn-Fe systems (2023)
  • 著者名/発表者名: Chisuwa Kansuke, Nobuhisa Fujita, Satoshi Ohashi
  • 学会等名: 第28回準結晶研究会
• [学会発表] Al-Pd-Fe 系合金におけるW添加による新規準結晶及び 高次近似結晶の創成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 青山茉喜乙, 藤田伸尚, 大橋諭
  • 学会等名: 第28回準結晶研究会
• [学会発表] Al13Fe4 をプラットフォームとした新規触媒機能の創出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 花岡 真衣, 亀岡 聡, 藤田 伸尚
  • 学会等名: 第28回準結晶研究会
• [学会発表] 2τ^2-scale inflation for canonical-cell tilings (2023)
  • 著者名/発表者名: Nobuhisa Fujita
  • 学会等名: International Conference on Complex Orders in Condensed Matter:aperiodic order, local order, electronic order, hidden order (Evian, France)
  • 国際学会
• [学会発表] 正二十面体準結晶における超格子秩序の幾何学模型 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤田伸尚
  • 学会等名: 日本物理学会 第78回年次大会
• [学会発表] Emergence of marginal critical states in non-Penrose type rhombic decagonal tilings (2023)
  • 著者名/発表者名: Nobuhisa Fujita
  • 学会等名: 第15回準結晶国際会議（ICQ15）
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal structure and phase formation behavior of a 1/0 cubic approximant in the Al-Pd-Fe system (2023)
  • 著者名/発表者名: Keishi Abe, Nobuhisa Fujita, Hiroyuki Takakura
  • 学会等名: 第15回準結晶国際会議（ICQ15）
  • 国際学会
• [学会発表] カノニカルセルタイリングに対する2τ^2倍インフレーション則の可能性について (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤田伸尚
  • 学会等名: 第10回ハイパーマテリアル領域会議
• [学会発表] 中性子準弾性散乱によるAlPdMn準結晶, (1/1,2/1-)AlPdMnSi近似結晶のフェイゾン精密測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松浦 直人, 張晋嘉, 上村祥史, 枝川圭一
  • 学会等名: 第10回ハイパーマテリアル領域会議
• [学会発表] Study of phason dynamics by quasielastic neutron scattering on a low-Q region (2023)
  • 著者名/発表者名: Masato Matsuura, Zhang Jinjia, Yasushi Kamimura, Maiko Kofu, Keiichi Edawaga
  • 学会等名: 第2回領域国際会議(International conference on complex orders in condensed matter: aperiodic order, local order, electronic order, hidden order)
  • 国際学会
• [学会発表] コヒーレントX線回折を利用した焼結体中結晶粒の非破壊イメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 押目典宏，大和田謙二，町田晃彦，福島凪世，白川皓介，上野慎太郎，藤井一郎，和田智志，菅原健人，島田歩，上野哲朗，綿貫徹，石井賢司，豊川秀訓，門馬綱一，Kim Sangwook，塚田真也，黒岩芳弘
  • 学会等名: 第40回強誘電体会議
• [学会発表] BraggコヒーレントX線回折イメージングによるBaTiO3セラミクス中ひと粒内部の格子歪みの可視化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 押目 典宏, 大和田 謙二, 町田 晃彦, 福島 凪世, 白川皓介, 上野 慎太郎, 藤井 一郎, 和田 智志, 菅原 健人, 島田 歩, 上野 哲朗, 綿貫 徹, 石井 賢司, 豊川 秀訓, 門馬 綱一, Kim Sangwook, 塚田 真也, 黒岩 芳弘
  • 学会等名: 2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ブラッグコヒーレントX線回折イメージング法による ナノ結晶非破壊３次元イメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 大和田 謙二, 押目 典宏, 菅原 健人, 島田 歩, 町田 晃彦, 綿貫 徹, 黒岩 芳弘
  • 学会等名: 第38回分析電顕討論会
  • 招待講演
• [学会発表] X 線光子相関分光法による Al-Cu-Ru 準結晶・近似結晶のダイナミクス観察 (2023)
  • 著者名/発表者名: 綿貫 徹, 大和田 謙二, 押目 典宏, 町田 晃彦, 菅原 健人, 島田 歩, 藤田 伸尚
  • 学会等名: 第 28 回準結晶研究会
• [学会発表] Visualization of magnetic structures and quasicrystals (2023)
  • 著者名/発表者名: Koichi Momma
  • 学会等名: IUCr Crystallographic Computing School 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] VESTA: Visualization of electronic and structural analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Koichi Momma
  • 学会等名: Workshop for IUCr 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Visualization of quasicrystal data (2023)
  • 著者名/発表者名: Koichi Momma, Hiroyuki Takakura
  • 学会等名: IUCr2023
  • 国際学会
• [学会発表] Fullerene/Porphyrin Cocrystal Nanoribbons (2023)
  • 著者名/発表者名: WAKAHARA, Takatsugu, FUJII, Kazuko, MATSUSHITA, Yoshitaka, 宮澤 薫一, ITO, Osamu, 高木牧人, 島崎智実, 立川 仁典, YAGYU, Shinjiro, 劉雨彬, 中島嘉之, TSUKAGOSHI, Kazuhito
  • 学会等名: The 14th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena. 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Atropisomeric Diphenylanthracene Liquids: The Orientational Effect of Branched Alkyl Chains on the Physical Properties (2023)
  • 著者名/発表者名: ZHENG, Xiao, NAGURA, Kazuhiko, MATSUSHITA, Yoshitaka, NAKANISHI, Takashi
  • 学会等名: MANA International Symposium 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Dipole-moment-induced supramolecular assembly on a metal surface and in a crystal (2023)
  • 著者名/発表者名: NAKANISHI, Waka, MATSUSHITA, Yoshitaka, TAKEUCHI, Masayuki, SAGISAKA, Keisuke
  • 学会等名: 2023年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] 新しい化合物 AuPb2Rh2 及び AuPb4Rh5 の結晶構造 (2023)
  • 著者名/発表者名: 茂筑 高士, 松下 能孝, 西尾 満章, Nikola Subotic, 竹内 修, 重川 秀実, 門脇 和男
  • 学会等名: 令和5年(2023年)度日本結晶学会年会
• [学会発表] 複数/可逆的形状変化を実現する 半相互侵入高分子ネットワーク構造の構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宇都 甲一郎, 松下 能孝, 荏原 充宏
  • 学会等名: 第72回高分子討論会
• [学会発表] In-plane nematic anisotropy revealed by interlayer resistivity measurements on the iron-based superconductor parent compound CaFeAsF (2023)
  • 著者名/発表者名: TERASHIMA, Taichi, HIROSE, Hishiro, MATSUSHITA, Yoshitaka, UJI, Shinya, 池田浩章, 伏屋雄紀, 王勝, 牟剛
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Topological Superconductivity from the Material Point of View (2023)
  • 著者名/発表者名: Nikola Subotic, 柏木 隆成, 武内 修, 重川 秀実, MOCHIKU, Takashi, MATSUSHITA, Yoshitaka, 門脇和男
  • 学会等名: International meeting on superconducting quantum materials and nanodevices
  • 国際学会
• [学会発表] 磁場中層間抵抗測定で見る鉄系母物質CaFeAsFの面内異方性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋 太一, 廣瀬 陽代, 松下 能孝, 宇治 進也, 池田浩章, 伏屋雄紀, 王勝, 牟剛
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] Al-Ru-Si系の1200Kでの相平衡と新規化合物 (2023)
  • 著者名/発表者名: 北原 功一, 高倉 洋礼, 岩﨑 祐昂, 木村 薫
  • 学会等名: 日本金属学会2023年(第173回)秋期講演大会