| 研究課題/領域番号 |
18K14136
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
笠井 秀隆 筑波大学, 数理物質系, 助教 (80634807)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 電子密度 / 放射光X線回折 / 層状物質 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、層状物質における結合を計測し、層状物質を結合から理解することである。本年度は、実験電子密度による層状物質の結合の研究を開始した。層状構造をもつ熱電材料について研究を進めた。大型放射光施設SPring-8で単結晶X線回折実験を行い、高分解能の回折データを得た。データ解析においてデータ補正と可能なモデルを検討し、電子密度分布を可視化することに成功した。得られた電子密度のトポロジカル解析を行い、これまで理論で予測されていた化学結合を初めて観測した。加えて、150 Kまで報告されていた非調和熱振動について、20 Kにおいても非調和熱振動を観測した。これらの結果は、層状物質の結合だけでなく、熱電材料の性能を向上させる一つの方法である非調和熱振動についても理解を深化させる。
異なる層状物質についても構造科学研究を開始した。SPring-8で粉末X線回折実験を行い、高分解能の回折データを得た。データ解析を進めた。
最先端の構造科学研究に関する情報収集のため、量子結晶学のSagamore、アジア結晶学会、日本結晶学会に参加した。電子密度研究やエネルギー材料の構造科学研究の情報を得るとともに、本研究で観測した結合について口頭発表し、多くのコメントを得た。
上記に加えて、水熱合成の放射光その場観察の成果を発表した。再現性のある粉末X線回折データを測定できる装置を開発した。これによって、合成その場観察からの層状物質の研究も可能になった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
複数の層状物質について放射光X線回折データを得たこと、そのうち1つについて電子密度分布を可視化できたことから、順調に進展していると判断した。層状構造をもつ熱電材料の電子密度分布をX線回折データから明らかにし、電子密度のトポロジカル解析を行い、理論で予測されていた化学結合を初めて観測した。加えて、150 Kまで報告されていた非調和熱振動について、20 Kにおいて非調和熱振動を観測した。層状物質の構造科学研究を発展させるために、国際学会において口頭発表と情報収集を行った。
加えて、水熱合成の放射光その場観察装置を開発した。その装置によって、水熱合成中の再現性のある粉末X線回折データを測定できる。これによって、層状物質の合成その場観察の研究も可能になった。
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| 今後の研究の推進方策 |
層状遷移金属ダイカルコゲナイドを含む層状物質について、放射光X線回折を用いて原子配列や電子密度分布を明らかにする。高分解能の回折データを得ることができる層状遷移金属ダイカルコゲナイドの単結晶が得られていないことについて、引き続き試料の調査を行うと同時に他の層状物質について研究を進める。すでに回折データが得られた層状物質についてデータ解析を進める。我々の二硫化チタンの実験電子密度の研究成果に対する、層状物質の理論計算の進展を調査する。層状物質を結合から理解することを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は、実験試料は共同研究者から提供を受けたこと、計算機や実験に用いる物品などは所属研究室のものを有効活用したことから、物品費が抑えられた。本年度の繰り越し分は、次年度の実験に用いる消耗品や放射光実験への旅費に充てる。
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| 備考 |
笠井秀隆、「実験電子密度を用いたTiS2における層間相互作用の研究」、 平成30年度日本結晶学会若手の会、2018年、口頭発表。
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