ナノ同素体：階層性を有する元素のナノ粒子化にともなう相変態

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K04980
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 池本 弘之 富山大学, 学術研究部理学系, 教授 (20262496)
• 研究分担者: 宮永 崇史 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (70209922) ; 小田 竜樹 金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941) ; 畑田 圭介 富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (00813700)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 階層性 / ナノ粒子 / 深層学習 / 局所構造

研究実績の概要

Biナノ粒子の形状やサイズについての検討するために、光学研磨したSi基板上に作成したBiナノ粒子の斜入射小角X線散乱(GISAXS)測定を、高エネ研の放射光施設PFで行った。その結果、特徴的なGISAXSパターンを得ることができた。
GISAXS解析を行うには、粒子の形状、粒子相関、粒子分布など、多様なモデルの中から適切なモデルを選んで、理論式を用いた非線形最小二乗法解析を行うことが必要である。これまでは、限られたモデル計算から解析者が経験から選択していた。選択の幅を飛躍的に増やし、検討漏れを防ぐために、深層学習によるモデル決定を、粒子形状分類に加えて、粒子間配置などに対しても試みた。粒子形状分類ではGISAXSパターンに全体を対象とすることが有効であったが、粒子間配置などに関しては局所的な領域での解析が有効であった。これは、粒子形状がGISAXSパターンの全体像は主要因であるのに対し、粒子間配置などは局所的なパターン変化として現れることが関係していると分析している。深層学習では、人間が検討できるシミュレーションの何桁も多いデータで学習を行うので、モデル決定の信頼度は飛躍的に向上したと考えている。
階層性元素の特徴を明確にするために、Teの基本構造である３回螺旋鎖の局所構造について検討した。そのために、カーボンナノチューブにTe元素を包摂して、孤立Te鎖のＸ線吸収微細構造測定を行った。Ｘ線吸収端近傍のスペクトルと鎖間相互作用に由来するピークの解析から、孤立鎖が生成されていることを確認した。この孤立鎖は鎖間相互作用の消失により、共有結合が強くなっていることを、共有結合の短縮化とアインシュタイン温度の上昇により明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Institute for Plasma Research(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Institute for Plasma Research
• [雑誌論文] Theory of polarization-averaged core-level molecular-frame photoelectron angular distributions: I. A full-potential method and its application to dissociating carbon monoxide dication (2021)
  • 著者名/発表者名: Ota F、Yamazaki K、S?billeau D、Ueda K、Hatada K
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 54 ページ: 024003～024003
  • DOI: 10.1088/1361-6455/abd06d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theory of polarization-averaged core-level molecular-frame photoelectron angular distributions: II. Extracting the x-ray-induced fragmentation dynamics of carbon monoxide dication from forward and backward intensities (2021)
  • 著者名/発表者名: F Ota, K Yamazaki, D Sebilleau, K Ueda and K Hatada
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 54 ページ: 084001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Classification of grazing-incidence small-angle X-ray scattering patterns by convolutional neural network (2020)
  • 著者名/発表者名: Ikemoto Hiroyuki、Yamamoto Kazushi、Touyama Hideaki、Yamashita Daisuke、Nakamura Masataka、Okuda Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 27 ページ: 1069～1073
  • DOI: 10.1107/S1600577520005767
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Te nanoparticles synthesized by plasma processing (2020)
  • 著者名/発表者名: Iesari Fabio、Hatada Keisuke、Patel Jigar、Balasubramanian Chidambara、Miyanaga Takafumi、Ikemoto Hiroyuki
  • 雑誌名: Radiation Physics and Chemistry 巻: 175 ページ: 108334～108334
  • DOI: 10.1016/j.radphyschem.2019.05.024
  • 査読あり / 国際共著