透明ガラス磁石の実現

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18928
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 増野 敦信 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (00378879)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• キーワード: 無容器法 / 磁性 / 磁気光学効果

研究実績の概要

無容器法で合成した高充填密度ガラス系において，ガラスでは決して発現しないとされている強磁性を示すガラス，「透明ガラス磁石」を創り出すことを目的として研究を進めた．
これまでにR2O3-B2O3二元系（Rは希土類元素）で，無容器法を用いることで従来のB2O3リッチ組成だけでなく，R2O3リッチ組成でのガラス化を見いだした．それらの物性や構造について各種実験から評価し，物性と構造，さらにはガラス形成能との相関を詳細に議論することができた．R2O3リッチガラスでは，Rの種類によらず赤外域に新たな透過域が出現していた．ラマン散乱やFT-IRによって，これらのガラス中のBの局所構造が，孤立した平面BO3のみになっていることがわかった．そしてこのことが振動成分の種類を抑制し，赤外域でのフォノンの離散化を促した結果，赤外域での新たな透過域の出現に繋がったことを明らかにした．さらに放射光XRDからは，R2O3リッチガラスの希土類周囲の構造が，数あるRBO3結晶構造のなかの一つ，高温NdBO3型とほぼ類似していることを確認した．ガラス形成メカニズムが，競合する結晶の構造と強い相関があること，すなわち最密充填構造からのわずかなずれによるものと明確に提案することができた．このように結晶に近い原子配列をもつガラスに対して，ダイヤモンドアンビルセルを利用して高圧処理を行ったところ，約4GPaまでは明確な構造相転移はなかったが，B-O振動ピークのシフトが見られた．
また，50Dy2O3-50B2O3などいくつかの磁性をもつ試料について磁気光学効果を測定したところ，一般的な磁気光学ガラスを遙かに凌駕する大きなベルデ定数が得られた．ただし強磁性は発現しておらず，希土類のf電子に由来する常磁性のみであった．今後はさらなる高温高圧処理によってガラス構造の制御を行う必要がある．

研究成果

• [雑誌論文] First-principles molecular dynamics simulation study on Ti4+ ion in aqueous sulfuric acid (2021)
  • 著者名/発表者名: Choe Yoong-Kee、Tsuchida Eiji、Tokuda Kazuya、Otsuka Jun、Saito Yoshihiro、Masuno Atsunobu、Inoue Hiroyuki
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 11 ページ: 035224～035224
  • DOI: 10.1063/5.0038061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure and properties of densified silica glass: characterizing the order within disorder (2020)
  • 著者名/発表者名: Onodera Yohei、Kohara Shinji、Salmon Philip S.、Hirata Akihiko、Nishiyama Norimasa、Kitani Suguru、Zeidler Anita、Shiga Motoki、Masuno Atsunobu、Inoue Hiroyuki、et. al.
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 12 ページ: 85
  • DOI: 10.1038/s41427-020-00262-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Revealing Spatial Distribution of Al-Coordinated Species in a Phase-Separated Aluminosilicate Glass by STEM-EELS (2020)
  • 著者名/発表者名: Liao Kunyen、Masuno Atsunobu、Taguchi Ayako、Moriwake Hiroki、Inoue Hiroyuki、Mizoguchi Teruyasu
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 11 ページ: 9637～9642
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c02687
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of modifier cations on the local environment of aluminum in La2O3-Al2O3 and Y2O3-Al2O3 binary glasses (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Yasuhiro、Masuno Atsunobu、Inoue Hiroyuki、Yanaba Yutaka、Kato Katsuyoshi
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 22 ページ: 19592～19599
  • DOI: 10.1039/D0CP02778B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Origin of Additional Infrared Transparency and Enhanced Glass-Forming Ability in Rare-Earth-Rich Borate Glasses without B-O Networks (2020)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Shunta、Masuno Atsunobu、Ohara Koji、Yanaba Yutaka、Inoue Hiroyuki、Watanabe Yasuhiro、Kohara Shinji
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 13942～13951
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c01567
  • 査読あり
• [雑誌論文] Principal Vibration Modes of the La2O3-Ga2O3 Binary Glass Originated from Diverse Coordination Environments of Oxygen Atoms (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Kohei、Masuno Atsunobu、Sato Itaru、Ezura Yoshinobu、Inoue Hiroyuki、Ueda Motoi、Mizuguchi Masafumi、Yanaba Yutaka、Kawashima Tatsunori、Oya Tomoki、Onodera Yohei、Kohara Shinji、Ohara Koji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 ページ: 5056～5066
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c02147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Very sharp diffraction peak in nonglass-forming liquid with the formation of distorted tetraclusters (2020)
  • 著者名/発表者名: C. Koyama, S. Tahara, S. Kohara, Y. Onodera, D. R. Smabraten, S. M. Selbach, J. Akola, T. Ishikawa, A. Masuno, A. Mizuno, J. T. Okada, Y. Watanabe, et. al.
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 12 ページ: 43
  • DOI: 10.1038/s41427-020-0220-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Real-Space Mapping of Oxygen Coordination in Phase-Separated Aluminosilicate Glass: Implication for Glass Stability (2020)
  • 著者名/発表者名: Liao Kunyen、Haruta Mitsutaka、Masuno Atsunobu、Inoue Hiroyuki、Kurata Hiroki、Mizoguchi Teruyasu
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 3 ページ: 5053～5060
  • DOI: 10.1021/acsanm.0c00196
  • 査読あり
• [雑誌論文] An XAFS study of the local structure of Eu3+ ions in glasses prepared by a levitation technique (2020)
  • 著者名/発表者名: INOUE Hiroyuki、MASUNO Atsunobu、SAITO Atsuki、WATANABE Yasuhiro、TOKUDA Kazuya、SAITO Yoshihiro、IIHARA Junji
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 128 ページ: 279～283
  • DOI: 10.2109/jcersj2.20043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accurate Synchrotron Hard X-ray Diffraction Measurements on High-Temperature Liquid Oxides (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Ohara, Y. Onodera, S. Kohara, C. Koyama, A. Masuno, A. Mizuno, J. T. Okada, S. Tahara, Y. Watanabe, H. Oda, Y. Nakata, H. Tamaru, T. Ishikawa, O. Sakata
  • 雑誌名: International Journal of Microgravity Science and Application 巻: 37 ページ: 370202
  • DOI: 10.15011/jasma.37.2.370202
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 無容器法で合成した機能性酸化物ガラスの物性と構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会共催シンポジウム 多様な物質に潜む「超秩序構造」-構造物性研究の新展開-
  • 招待講演
• [学会発表] 亜鉛を含む模擬ガラス固化体の局所構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信，三浦吉幸，兼平憲男，岡本芳浩，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] Bi2O3-SiO2-Al2O3ガラスの構造と誘電特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] A3B2Si3O12ガラス(A:アルカリ土類金属,?B:希土類, Sc, Y)の物性と構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 熊谷賢人，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] 希土類ボレートガラスの構造と機械特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐々木俊太，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2021年年会
• [学会発表] Structural analyses of nuclear waste glasses in Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno
  • 学会等名: Glass Meeting 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bi2O3-SiO2-Al2O3ガラスの構造と物性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉田健太，増野敦信，簗場豊，井上博之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
• [学会発表] 無容器法により合成した三次元ネットワークを持たない希土類高含有ボレートガラスの物性と構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐々木俊太，増野敦信，尾原幸治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
• [備考] 弘前大学理工学部物質創成化学科 増野研究室
  • URL: http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~masuno/index.html
• [備考] 【プレスリリース】世界一構造秩序のあるガラスの合成と構造解析に成功
  • URL: https://www.hirosaki-u.ac.jp/53218.html
• [備考] 【プレスリリース】アモルファス構造の解明に一歩前進 ～原子の配位数を可視化～
  • URL: https://www.hirosaki-u.ac.jp/52240.html