| 研究課題/領域番号 |
25400507
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
栗林 貴弘 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20302086)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 水素結合の対称化 / 単結晶Ｘ線回折 / δ-AlOOH / 高圧 / 放射光 |
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| 研究概要 |
本研究では申請期間内に，1)δ-AlOOH相において水素結合の対称化はどの程度の圧力で起こり得るのか？2)生じる場合には，水素結合の対称化前後において構造的な相違や物理的性質の変化はどのように生じるのか？さらに，3)異なる化学組成を持ち同一の歪んだルチル型構造をとる鉱物群において，組成変化によって高圧下における水素結合の振る舞いは異なるのか？という3点を解明することを研究目標としている．その中で，研究初年度の到達目標は，δ-AlOOH相の圧力誘起相転移に関して，その詳細を放射光Ｘ線回折実験による高圧下での結晶構造解析(水素元素以外の原子に関する構造情報)や赤外・ラマン分光観察による水素元素の振動状態の情報から明らかにすることである．
1)に関しては，高圧その場放射光単結晶Ｘ線回折実験により，12 GPa付近までの観察を行い，8 GPa付近で圧力誘起相転移を確認し，相転移前後の結晶構造解析に成功した．結晶構造解析の結果は，(i)相転移後の空間群はP21nmからPnnmに変化すること，(ii)水素結合に関与するO-O距離は圧力変化に伴って著しく減少し構造中の水素結合が強化されること，を示した．この観察事実から，圧力誘起相転移は，水素結合の対称化へ向けた水素原子の移動に伴って水素原子に対する等価サイト間における無秩序配置が生じることに起因すると結論した．これら結果を早急に学術論文にまとめ投稿し受理された．
加えて，さらなる高圧条件でのX線回折実験と赤外・ラマン分光による振動情報の入手のための実験を進めている．また，2年目以降の研究のための合成試料の評価を開始した．合成試料は，X線回折実験前に偏光顕微鏡を用いて，結晶の良し悪しや目的物かどうかを評価することで研究の効率化を図れるため，偏光顕微鏡を導入し，研究目標達成のために研究を進めている．
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| 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
良質の合成試料を入手し，放射光共同利用により高圧その場単結晶放射光Ｘ線回折実験を行えたことで8 GPa付近における圧力誘起相転移が確認でき，かつ圧力誘起相転移の前後において結晶構造解析に成功した．これにより水素結合の対称化に向けた変化プロセスを明らかにできたため，当初予定よりも早く，結果をまとめて英文学術誌(Physics and Chemistry of Minerals)に投稿し，査読の結果受理された．また，2年目以降の研究目標である化学組成の異なる同一構造の物質に対する評価に一部取り組むことが出来たため，当初予定よりも進んでいると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
2年目以降は，1年目に明らかとなった圧力誘起相転移後のδ-AlOOH相の構造変化に関して精査することと，3つ目の研究目標である3)歪んだルチル型構造中の水素結合の振る舞いに対する組成変化の影響について新たな試料に関してδ相と同様の実験を進める計画である．特に2年目においては，初年度に明らかにした1度目の相転移は，水素結合の対称化における漸移段階であったため，さらなる加圧実験により水素結合の対称化の観察に挑戦することが，2年目の到達目標である．また，上記3)に関して，試料に関しては，既に入手済のものに加えて，合成実験を行うことによって調達することを計画している．その際，合成実験で合成される試料には，研究対象外のものや対象のものでも結晶のクオリティに問題があり実験に使用できないものが多く存在することが分かってきている．研究課題を効率的に進めるためには，良質の結晶の選別をX線回折実験開始前に行うことが重要であり，偏光顕微鏡による光学的な観察を行うことが最も簡便で効率的である．そのために，平成26年3月に偏光顕微鏡を導入し，準備を進めている．組成変化に関した実験では，Al3+の代わりに特にMg2+やFe2+，Fe3+といった元素置換による影響を解明することを計画している．一つ一つをケースデータとして着実に結果を得ることを目標とする．研究初年度において，既に対象とする試料の評価の一部を行うことが出来，順調に進んでいるため，引き続き，放射光を用いたX線回折実験や実験室における赤外・ラマン分光実験等によるデータの収集により水素結合の対称化プロセス解明に向けた研究を進める予定である．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
25年度の予算を年度内に全額使用したが，支払いが26年度に残ったことで未使用額が発生したため．
今後の研究推進方策でも記述したように，平成26年3月に偏光顕微鏡を導入(平成26年3月24日納入済であるが，システムの都合上，次年度の物品リストに掲載)等により，平成25年度中の予算は使い切っているため，当初予定通り平成26年度の予算を課題研究遂行のためのX線回折実験用品および実験や研究成果発表のための学会参加のための旅費等に計画的に使用する予定である．
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