元素および電子状態選択性３次元原子配列と超低温物性の相関

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02814
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 細川 伸也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30183601)
• 研究分担者: 木村 耕治 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20772875) ; 下條 冬樹 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (60253027) ; 中島 陽一 熊本大学, 大学院先導機構, 助教 (50700209)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 3D活性サイト科学 / 原子イメージング / 元素選択 / 低温 / 機能性材料

研究実績の概要

蛍光X線ホログラフィー(XFH)は、従来の元素選択性に加え、電子状態、すなわち価数やスピン状態に選択的な情報を、3次元原子イメージとしてモデルなしに得ることができる。したがってXFHは、従来の回折やXAFSなどの手法では得ることが難しかった不純物のまわりの原子配列を得られる従来の特長だけに限らず、同じ元素でも価数やスピン状態の異なる識別できる極めて将来性に富んだ研究手段である。本研究では、高温超伝導体、トポロジカル絶縁体、熱電材料、価数揺動物質などの物性を、価数および電子状態選択性のある原子配列の観点から議論することを試みる。特にFe系高温超伝導体を対象として、まさにその超伝導機能が発現する超低温での局所原子配列と超伝導性との相関を追求する。
初年度である平成27年度にはまず、超伝導状態が達成される15K以下の超低温を安定に保ち、XFH実験を行うことのできる装置を、考案、設計、製作業者への発注を経て、予定通り完成した。その性能チェックを終え、おおむね考案した通りの性能が出せることを確認した。最初の超低温XFH実験を行うためにSPring-8に課題申請を行い、共同研究者の申請とともに採択された。現在、7月下旬に予定されている実験の準備を行っている。
実験とは別に、データ解析はスパース・モデリングの導入とその改善を行った結果、著しく進展した。これまで通常のフーリエ変換を用いた解析では見落としていた重要な原子イメージの観測が可能となった。その結果は、Physical Review Bをはじめとするいくつかの雑誌に論文として公表した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

10Kまでの超低温での蛍光X線ホログラフィー実験をを可能にする実験装置の考案、設計、業者への発注を経て、装置は予定通り完成した。現在、その性能チェックなどを終え、おおむね考案した通りの性能が出せることを確認した。SPring-8での最初の超低温実験のために申請をした課題および共同研究者が申請した課題の両方が採択され、現在7月下旬に行われる予定の実験の準備を行っている。

今後の研究の推進方策

今後はまず、当初の予定に基づいて、15K程度の超低温で超伝導機能を発揮するFe系高温超伝導体について、10KでのXFH測定を行い、Feのまわりの原子配列とその位置ゆらぎがどのように超伝導性に影響しているか、検討を行う。また最近、過剰なFe原子の超伝導性への役割が議論されているが、試料のXANESデータから、過剰Feと結晶中の本来のFeとの電子状態を選択したXFHデータの取得を試みる。またそのデータ解析の深化を目指し、スパース・モデリングを用いたデータ解析法の更なる改善を行う。

研究成果

• [国際共同研究] CNRS/SIMaP(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CNRS/SIMaP
• [国際共同研究] マールブルク大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: マールブルク大学
• [国際共同研究] パルドゥビチェ大学(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: パルドゥビチェ大学
• [国際共同研究] ハンガリー科学院(ハンガリー)
  • 国名: ハンガリー
  • 外国機関名: ハンガリー科学院
• [国際共同研究] ヤギェウォ大学(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: ヤギェウォ大学
• [雑誌論文] Temperature dependent local atomic structures in the traditional Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography (2018)
  • 著者名/発表者名: J. R. Stellhorn, Y. Ideguchi, S. Hosokawa, N. Happo, T. Matsushita, K. Yubuta, M. Suzuki, H. Ishii, Y.-F. Liao, K. Kimura, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 巻: 50 ページ: 790-794
  • DOI: 10.1002/sia.6474
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of graphite crystal analyzer for light elements on x-ray fluorescence holography measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Happo, T. Hada, A. Kubota, Y. Ebisu, S. Hosokawa, K. Kimura, H. Tajiri, T. Matsushita, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 058006-1-3
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.058006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principle and reconstruction algorithm for atomic-resolution holography (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Matsushita, T. Muro, F. Matsui, N. Happo, S. Hosokawa, K. Ohoyama, A. Sato-Tomita, Y. C. Sasaki, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 061002-1-11
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.061002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phonon excitations in a single crystal Mg85Zn6Y9 with a synchronized long-period stacking ordered phase (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa Shinya、Kimura Koji、Stellhorn Jens Ruediger、Yoshida Koji、Hagihara Koji、Izuno Hitoshi、Yamasaki Michiaki、Kawamura Yoshihito、Mine Yoji、Takashima Kazuki、Uchiyama Hiroshi、Tsutsui Satoshi、Koura Akihide、Shimojo Fuyuki
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 146 ページ: 273～279
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2017.12.053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinguishing the local environments of Ga and Ge in amorphous (Ga2Se3)0.25(GeSe2)0.75 by anomalous X-ray scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: B. D. Klee, J. R. Stellhorn, M. Krbal, N. Boudet, G. Chahine, N. Blanc, W.-C. Pilgrim, T. Wagner, and S. Hosokawa
  • 雑誌名: Chalcogenide Letters 巻: 15 ページ: 1-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impurity position and lattice distortion in a Mn doped Bi2Te3 topological insulator investigated by x-ray fluorescence holography and x-ray absorption fine structure (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, Y. Ebisu, T. Ozaki, H. Ikemoto, H. Setoyama, T. Okajima, Y. Yoda, H. Ishii, Y.-F. Liao, M. Kitaura, and M. Sasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 214207-1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.214207
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Lattice Distortions in TlInSe2 Thermoelectric Material Studied by X-Ray Absorption Fine Structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa Shinya、Stellhorn Jens Ruediger、Ikemoto Hiroyuki、Mimura Kojiro、Wakita Kazuki、Mamedov Nazim
  • 雑誌名: Physica Status Solidi A 巻: 215 ページ: 1700416-1-8
  • DOI: 10.1002/pssa.201700416
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A valence-selective x-ray fluorescence holography study of an yttrium oxide thin film (2017)
  • 著者名/発表者名: J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, H. Tajiri, T. Matsushita, K. Kaminaga, T. Fukumura, T. Hasegawa, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 巻: 50 ページ: 1583-1589
  • DOI: 10.1107/S1600576717012821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple-wavelength neutron holography with pulsed neutrons (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Kouichi、Ohoyama Kenji、Happo Naohisa、Matsushita Tomohiro、Hosokawa Shinya、Harada Masahide、Inamura Yasuhiro、Nitani Hiroaki、Shishido Toetsu、Yubuta Kunio
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 3 ページ: e1700294-1-7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1700294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inelastic X-ray scattering on liquid benzene analyzed using a generalized Langevin equation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Koji、Fukuyama Nami、Yamaguchi Toshio、Hosokawa Shinya、Uchiyama Hiroshi、Tsutsui Satoshi、Baron Alfred Q.R.
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 680 ページ: 1～5
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2017.05.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local atomic structure near an Nb atom in aged β ?Ti alloys (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Tokujiro、Hayashi Kouichi、Happo Naohisa、Hosokawa Shinya、Tajiri Hiroo
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 131 ページ: 534～542
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2017.03.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-plane disordering of Zn-Y clusters in single crystal Mg85Zn6Y9 alloy studied by X-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kimura, K. Hayashi, K. Hagihara, H. Izuno, N. Happo, S. Hosokawa, M. Suzuki, and H. Tajiri
  • 雑誌名: Materials Transaction 巻: 58 ページ: 539-542
  • DOI: 10.2320/matertrans.M2016459
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymmetrical bonding in liquid Bi disentangled by inelastic X-ray scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: Inui Masanori、Kajihara Yukio、Munejiri Shuji、Hosokawa Shinya、Chiba Ayano、Ohara Koji、Tsutsui Satoshi、Baron Alfred Q. R.
  • 雑誌名: European Physical Journal: Web of Conferences 巻: 151 ページ: 06001-1-7
  • DOI: 10.1051/epjconf/201715106001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dispersion relations of the acoustic modes in divalent liquid metals (2017)
  • 著者名/発表者名: Inui Masanori、Kajihara Yukio、Kimura Koji、Matsuda Kazuhiro、Miyatake Tetsu、Chiba Ayano、Hosokawa Shinya、Tsutsui Satoshi、Baron Alfred Q. R.
  • 雑誌名: European Physical Journal: Web of Conferences 巻: 151 ページ: 06002～06002
  • DOI: 10.1051/epjconf/201715106002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local structure analysis of Cu(In,Ga)Se2 by x-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Shirakata, Y. Kitamura, N. Happo, S. Hosokawa, and K. Hayashi
  • 雑誌名: Physica Status Solidi C 巻: 14 ページ: 1600171-1-4
  • DOI: 10.1002/pssc.201600171
  • 査読あり
• [雑誌論文] ランダム系の部分原子構造研究に用いるX線異常散乱法の進展 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens Ruediger Stellhorn
  • 雑誌名: 日本セラミックス協会誌「セラミックス」 巻: 52 ページ: 341-344
  • 査読あり
• [学会発表] Electronic structures and impurity cluster features in Mg-Zn-Y alloys with a synchronized long-period stacking ordered phase (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, K. Maruyama, K. Kobayashi, J. R. Stellhorn, B. Paulus, A. Koura, F. Shimojo, M. Yamasaki, Y. Kawamura, S. Yoshioka, and H. Sato
  • 学会等名: The 22nd Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation (8-9 March 2018, Hiroshima University)
  • 国際学会
• [学会発表] The seeds of Zn6Y8 L12-type clusters in amorphous Mg85Zn6Y9 alloy investigated by photoemission spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, B. Paulus, K. Maruyama, K. Kobayashi, H. Okuda, M. Yamasaki, Y. Kawamura, and H. Sato
  • 学会等名: The 22nd Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation (8-9 March 2018, Hiroshima University)
  • 国際学会
• [学会発表] X線非弾性散乱による液体金のフォノン・ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、乾雅祝、松田和博、Jens R. Stellhorn、中島陽一、内山裕士、筒井智嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会（2018年 3月22-25日、東京理科大学）
• [学会発表] 光電子分光法によるアモルファス Mg85Zn6Y9合金中のZn6Y8 L12タイプクラスターのかけらの観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、Benedict Paulus、丸山健二、小林健太郎、奥田浩司、山崎倫昭、河村能人、佐藤仁
  • 学会等名: 日本金属学会第162回春期講演大会（2018年 3月19-21日、千葉工業大学）
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによるBi2Te3:Mn トポロジカル絶縁体の不純物位置の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、J. R. Stellhorn、松下智裕、 八方直久、林好一、佐々木実
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ（2018年3月2-4日、茨城県立県民文化センター）
• [学会発表] Mg基LPSO相の強化機構のX線非弾性散乱による起源解明の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也
  • 学会等名: 第３回元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞／大型研究施設連携シンポジウム（2018年2月5-6日、東京大学伊藤謝恩ホール ）
• [学会発表] X線異常散乱によるGd65Co35金属ガラス若返り効果の原子構造学的検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens Ruediger Stellhorn、小原真司 、加藤秀実、山崎由勝
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム（2018年1月8-10日、つくば国際会議場）
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによるBi2Te3:Mnトポロジカル絶縁体の不純物位置の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、松下智裕、八方直久、林好一、佐々木実
  • 学会等名: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム（2018年1月8-10日、つくば国際会議場）
• [学会発表] Temperature dependent local atomic structures in the traditional Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, T. Matsushita, K. Yubuta, K. Kimura, and K. Hayashi
  • 学会等名: 11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’17 (3-8 December 2017, Kauai)
  • 国際学会
• [学会発表] Impurity positions and lattice distortions in a Mn doped Bi2Te3 topological insulator studied by x-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, M. Kitaura, and M. Sasaki
  • 学会等名: 11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’17 (3-8 December 2017, Kauai)
  • 国際学会
• [学会発表] Applications of a L1-regularized linear regression for x-ray fluorescence holography data of functional materials (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, and T. Matsushita
  • 学会等名: 5th International Symposium on Kumamoto Synchrotron Radiation (ISKSR5): Progress of Data Analysis, Data-Driven Science, and Theory for Science (1-2 November 2017, Kumamoto)
  • 国際学会
• [学会発表] An x-ray fluorescence holographic study on a Fe-based high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • 学会等名: International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts and Surfaces for Future Earth (28-30 October 2017, Tokyo)
  • 国際学会
• [学会発表] Spin-state selective local structural studies of Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, M. Suzuki, and K. Yabuta
  • 学会等名: Swedish-Japanese Workshop on Nano-Structure Science by Novel Light Sources (2-3 October 2017, Lund)
  • 国際学会
• [学会発表] An x-ray fluorescence holographic study on high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • 学会等名: Swedish-Japanese Workshop on Nano-Structure Science by Novel Light Sources (2-3 October 2017, Lund)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of x-ray fluorescence holography data using sparse modeling on Mn-doped Bi2Te3 topological insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, M. Kitaura, and M. Sasaki
  • 学会等名: International Meeting on High-Dimensional Data-Driven Science (10-13 September 2017, Kyoto)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of x-ray fluorescence holography data using sparse modeling on the traditional Fe65Ni35 Invar alloy (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, T. Matsushita, N. Happo, K. Yubuta, K. Kimura, and K. Hayashi
  • 学会等名: International Meeting on High-Dimensional Data-Driven Science (10-13 September 2017, Kyoto)
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic structure of Zr45Cu45Ag10 bulk metallic glass (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, H. Sato, M. Nakatake, and H. Kato
  • 学会等名: The 16th International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials (27 August-1 September 2017, Leoben)
  • 国際学会
• [学会発表] Transverse excitations in a Pd-Ni-Cu-P alloy of the liquid and supercooled liquid phases (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, M. Inui, Y. Kajihara, T. Ichitsubo, H. Kato, K. Matsuda, K. Kimura, S. Tsutsui, A. Q. R. Baron
  • 学会等名: The 16th International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials (27 August-1 September 2017, Leoben)
  • 国際学会
• [学会発表] Transverse excitations in a van der Waals-like liquid Hg (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, M. Inui, Y. Kajihara, A. Chiba, S. Tsutsui, and A. Q. R. Baron
  • 学会等名: 10th Liquid Matter Conference (17-21 July 2017, Ljubljana)
  • 国際学会
• [学会発表] Local structural analysis for chalcogenide functional materials (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa and J. R. Stellhorn
  • 学会等名: 8th International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (2-5 July 2017, Sinaia)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An x-ray fluorescence holographic study on Bi2Te3:Mn topological insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, Y. Ideguchi, K. Kamimura, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, Y. Ebisu, T. Ozaki, Y. Yoda, H. Ishii, M. Kitaura, and M. Sasaki
  • 学会等名: 8th International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (2-5 July 2017, Sinaia)
  • 国際学会
• [学会発表] An x-ray fluorescence holographic study on high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ideguchi, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, H. Okazaki, A. Yamashita, and Y. Takano
  • 学会等名: 8th International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (2-5 July 2017, Sinaia)
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of x-ray fluorescence holography data using sparse modeling on Mn-doped Bi2Te3 topological insulator (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa
  • 学会等名: 4th International Symposium on Kumamto Synchrotron Radiation: Cooperation of Experiments and Computer Sciences (15 May 2017, Kumamoto)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スパースモデリングを用いた蛍光X線ホログラフィーによる3次元原子イメージの高度化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens Ruediger Stellhorn、松下智裕
  • 学会等名: 新学術領域研究「疎性モデリング」第5回公開シンポジウム（2017年12月18-20日、東京大学浅野キャンパス）
• [学会発表] アモルファスMgLPSO合金の電子構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、丸山健二、小林健太郎、佐藤仁
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会（2017年9月21-24日、岩手大学上田キャンパス）
• [学会発表] X線非弾性散乱による単結晶Mg85Zn6Y9LPSO合金のフォノン励起の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、木村耕治、吉田享次、内山裕士、筒井智嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会（2017年9月21-24日、岩手大学上田キャンパス）
• [学会発表] X線異常散乱によるアモルファス相変化材料の局所及び中距離構造の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会（2017年9月5-8日、福岡国際会議場・国際センター・福岡サンパレス）
  • 招待講演
• [学会発表] Mg LPSO合金の電子構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens R. Stellhorn、小林健太郎、丸山健二、山崎倫昭、河村能人、佐藤 仁
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋期講演大会（2017年9月6-8日、北海道大学札幌キャンパス）
• [学会発表] スパースモデリングを用いた蛍光X線ホログラフィーによる3次元原子イメージの高度化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細川伸也、Jens Ruediger Stellhorn、松下智裕
  • 学会等名: 科学研究費補助金新学術領域研究「スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成」2017年度第1回公開シンポジウム（2017年6月5-7日、東京大学本郷キャンパス）
• [備考] 量子ビーム3D活性サイト科学研究室
  • URL: http://crocus.sci.kumamoto-u.ac.jp/physics/SR/index.html