2021 年度研究成果報告書

量子ビーム実験・構造モデリング・トポロジカル解析の融合による非晶質材料の構造研究

研究課題

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研究課題/領域番号	19K05648
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
研究機関	京都大学
研究代表者	小野寺陽平京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (20531031)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	酸化物ガラス / アモルファス / 構造 / 中性子回折 / X線回折
研究成果の概要	本研究ではガラス・アモルファスといった非晶質材料を対象とし、パルス中性子および放射光X線を用いた量子ビーム実験と計算機シミュレーションの連携によって、様々な機能性非晶質材料の3次元構造モデルを構築した。さらに先端的なトポロジカル解析手法を導入することによって、非晶質の乱れた構造に潜在する未知の構造秩序の抽出を試みた。典型的なガラス形成物質であるシリカガラスを起点とし、アルカリケイ酸塩ガラス、そして単成分中間酸化物ガラスを対象に量子ビーム実験・モデリング・トポロジカル解析が融合した解析アプローチによって、その機能発現に資する特徴的なネットワークトポロジーの抽出に成功した。
自由記述の分野	無機工業材料、非晶質構造解析
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究ではこれまでに「位相幾何学的（トポロジカル）に無秩序な構造である」とされてきた非晶質材料を対象とし、量子ビーム実験と計算機シミュレーション、トポロジカル解析を融合させたアプローチによって、実用材料の母体となるガラスを含む様々な非晶質材料の機能に重要な役割を果たす構造を明らかにすることに成功した。本研究における構造解析アプローチによって得られる非晶質材料のトポロジーに関する情報が蓄積されることで、新しい非晶質材料開発における設計指針が構築可能となり、我が国における非晶質材料創成がさらに活性化することが期待される。