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2018 年度 実施状況報告書

エネルギー解析白色中性子ホログラフィー法の開発とドープ系機能性材料への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K05116
研究機関茨城大学

研究代表者

大山 研司  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (60241569)

研究分担者 八方 直久  広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (30285431)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード中性子 / ホログラフィー / 半導体 / 熱電材料 / 希土類強相関電子系 / シミュレーション
研究実績の概要

H30年度において白色中性子ホログラフィーの開発は大きく進展し、いくつか重要な機能性材料において学術的な成果をあげた。まず、白色LEDとして注目されているSiCでのドーパント位置の決定に成功した。SiCはBをドープすることで輝度が大幅に向上することが知られているが、Bがどの位置に入るのかは測定法がなく、未解決であった。本基盤Cでの実験により、BがCと置換していることを解明した。この結果は第18回日本中性子科学会化学会年会で優秀ポスター賞を受賞した。
熱電材料Mg2Siは軽量、安価、安全というメリットがあり、新しいエネルギー材料として注目されている。Mg2Siの性能向上にはBなどのドープが必要だが、本基盤Cでの実験により、Mg2SiにドープされたBはMg位置にはいっていることを解明した。
希土類強相関原子系であるSmドープRB6t(R: Yb, La)において、原子像の虚部に物理的意味があることを示した。これは従来の理論では指摘されていないことで、散乱現象の新たな知見となった。この成果は、ヨーロッパ結晶学会国際会議ECM31においてJacek Grochowski Memorial Poster Prizeを受賞した。
現段階での中性子ホログラフィーの課題は、大型の単結晶が必要な点である。その解決のため、H30年度には、粉末中性子ホログラフィーの開発を開始し、BドープSi粉末において有望な結果をえることができた。この結果は、新学術領域「3D活性サイト科学」報告会において大門賞を受賞した。
ホログラフィーにおいて定量的解析には、シミュレーション計算との比較が必要だが、これまで中性子ホログラフィーでは公開されたシミュレーションソフトは存在しなかった。そこで本基盤Cの枠組みでソフト開発を行い、信頼できるシミュレーションソフトを構築した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

上述のように多くの重要な機能性材料でドープ効果について具体的な新しい知見を得ることに成功し、2年目にして、中性子ホログラフィーの手法としてはほぼ確立することができた。その結果として、学会などで多数の受賞をしている。また中性子ホログラフィーとしては世界初となるシミュレーションソフトの開発にも成功し、定量的解析を可能にした。これらは、当初計画をかなり上回る早さでの進展である。

今後の研究の推進方策

最終年度であるH31年度には、実際の機能性材料でのドープ効果の解明をすすめると同時に、粉末ホログラフィーの実現、および水素化物への挑戦を行う。最終年度であることから、発表を重視する。

次年度使用額が生じた理由

分担者の年度末の出張計画に急な変更(キャンセル)が生じたため、次年度使用とした。これは分担者への分担金(旅費)にあてる。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Erlangen大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Erlangen大学
  • [雑誌論文] White neutron holography in pulsed neutron facilities2018

    • 著者名/発表者名
      Kenji Ohoyama, Kouichi Hayashi
    • 雑誌名

      Phys. Status Solidi B

      巻: 255 ページ: 1800143

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/pssb.201800143

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Principle and Reconstruction Algorithm for Atomic-Resolution Holography2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Matsushita, Takayuki Muro, Fumihiko Matsui,Naohisa Happo, Shinya Hosokawa, Kenji Ohoyama,Ayana Sato-Tomita, Yuji C. Sasaki, and Kouichi Hayashi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 87 ページ: 061002(1)-(11).

    • DOI

      / doi/abs/10.7566/JPSJ.87.061002

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Local structure investigations of B doped Si by neutron atomic-resolution holography2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, S. Uechi, K. Ohoyama, M. Lederer, N. Happo, K. Hayashi, K. Kimura, S. Hosokawa, T. Hada, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, K. Tsutsui
    • 学会等名
      The 17th Japan-Korea Meeting on Neutron Science
    • 国際学会
  • [学会発表] 白色中性子ホログラフィーによる希土類化合物での原子構造へのドープ効果の観測2019

    • 著者名/発表者名
      大山研司、上地昇一、金澤雄輝、福本陽平、杉本和哉、山本隆文、八方直久、林 好一、原田正英、及川健一、稲村泰弘、松浦 航、伊賀文俊
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年会
  • [学会発表] Present Status and Future Plans of White Neutron Holography in J-PARC2019

    • 著者名/発表者名
      K. Ohoyama, Y. Fukumoto, S. Uechi, Y. Kanazawa, K. Sugimoto, T. Yamamoto, K. Hayashi, N. Happo, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura
    • 学会等名
      Symposium on 3D Active-site Science in London,
    • 国際学会
  • [学会発表] 白色中性子ホログラフィーによる熱電材料BドープMg2Siの研究2019

    • 著者名/発表者名
      杉本和哉,上地昇一,金澤雄輝,福本陽平,山本隆文,大山研司,林好一,八方直久,原田正英,及川健一,稲村康弘,林 慶,齋藤 亘,宮崎 讓
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] Boron concentration dependence of atomic fluctuation in B doped Si by neutron atomic resolution holography2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, S. Uechi, K. Ohoyama, K. Hayashi, N. Happo, H. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, K. Tsutsui
    • 学会等名
      Symposium on 3D Active-site Science in London,
    • 国際学会
  • [学会発表] Progress of white neutron atomic resolution holography - Expansion of target elements and theory -2019

    • 著者名/発表者名
      S. Uechi, Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, T. Yamamoto, K. Sugimoto, K. Ohoyama, N. Happo, K. Hayashi, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, W. Matsuhra, F. Iga
    • 学会等名
      Symposium on 3D Active-site Science in London,
    • 国際学会
  • [学会発表] Local structure observation of Sm doped LaB6 by white neutron atomic resolution holography2019

    • 著者名/発表者名
      S. Uechi, Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, B. Paulus, K. Ohoyama, N. Happo, K. Hayashi, K. Kimura, S. Hosokawa, T. Hada, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, W. Matsuura, F. Iga
    • 学会等名
      The 17th Japan-Korea Meeting on Neutron Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Determination of dopant position of thermalelectric material B-doped Mg2Si by white neutron holography2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Sugimoto, Syouichi Uechi, Yuki Kanazawa, Yohei Fukumoto, Takayoshi Yamamoto, Kenji Ohoyama, Kouichi Hayashi, Naohisa Happo, Masahide Harada, Kenichi Oikawa, Yasuhiro Inamura, Kei Hayashi, Wataru Saitou, Yuzuru Miyazaki
    • 学会等名
      The 17th Japan-Korea Meeting on Neutron Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel usage of neutron scattering: holography for observations of local atomic structures of light elements2018

    • 著者名/発表者名
      Kenji Ohoyama,Yohei Fukumoto,Shoichi Uechi,Yuki KanazawaKouichi Hayashi,Naohisa Happo,Masahide Harada,Yasuhiro Inamura,Kenichi Oikawa
    • 学会等名
      The 31st European Crystallographic Meeting, ECM31
    • 国際学会
  • [学会発表] White Neutron Holography - Determination of B Position in Mg2Si -2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ohoyanma
    • 学会等名
      Workshop of Thermoelectric Materials at Ibaraki Univ.
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] J-PARC白色中性子ビームによる軽元素局所構造の観測2018

    • 著者名/発表者名
      大山研司
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会.放射光科学合同シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 白色中性子ホログラフィーによるドープ材料の局所構造の可視化2018

    • 著者名/発表者名
      大山研司
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 中性子用ホログラムシミュレーションソフトの開発とBドープ6H-SiCの局所構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      福本陽平、上地昇一 、金沢雄輝、大山研司、林 好一、八方直久、波田拓馬、 原田正英 、及川 健一 、稲村泰弘 、M. Lederer、P. Wellmann
    • 学会等名
      日本中性子科学会第18回年会
  • [学会発表] 対象元素の拡大による白色中性子ホログラフィーの展開2018

    • 著者名/発表者名
      上地昇一、金澤雄輝、福本陽平、山本隆文、杉本和哉、大山研司、 八方直久、林好一、原田正英、及川健一、稲村泰弘、松浦航、伊賀文俊
    • 学会等名
      日本中性子科学会第18回年会
  • [学会発表] 粉末中性子ホログラフィーの開発2018

    • 著者名/発表者名
      金澤雄輝、福本陽平、上地昇一、杉本和哉、山本隆文、大山研司、M. Lederer、林好一、 八方直久、波田拓馬、原田正英、及川健一、稲村泰弘、筒井一生
    • 学会等名
      日本中性子科学会第18回年会
  • [学会発表] 白色中性子ホログラフィーによる熱電材料BドープMg2Siの研究2018

    • 著者名/発表者名
      杉本和哉、上地昇一、金澤雄輝、福本陽平、山本隆文、大山研司、林 好一、 八方直久、原田正英、及川健一、稲村康弘、林 慶、齋藤 亘、宮﨑 讓
    • 学会等名
      日本中性子科学会第18回年会
  • [学会発表] Local structure observation of Sm doped RB6 (R: rare earth)by white neutron atomic resolution holography2018

    • 著者名/発表者名
      Shoichi Uechi,Yuki Kanazawa,Youhei Fukumoto,Kenji Ohoyama,Maximilian Lederer,Naohisha Happo,Kouichi Hayashi ,Wataru Matsuura,Humitoshi Iga
    • 学会等名
      The 31st European Crystallographic Meeting, ECM31
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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