ナノビーム回折による精密原子配列決定法の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25600148
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 西堀 英治 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10293672)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 放射光 / 計算科学 / 解析法開発 / グラフィックカード / 粒子散乱 / デバイの式 / 2体散乱 / ナノビーム

研究実績の概要

本年度は、開発を進めてきたナノビーム回折から得られる回折データを解析する手法をサーモクロミック材料であるVO2ナノロッドや二次電池材料であるプルシアンブルー類自体の回折データに適用する研究を進めた。特にソフトウェアのグラフィックカードを用いた汎用計算（GPGPU）化を進め、通常のPCの100倍以上の速度を有するソフトウェアシステムを構築することに成功した。このシステムを用いて、VO2ナノロッドの解析を進めた。100nm以上のサイズの粒子の回折パターンをすべて原子として仮定して解析することが可能となり、粒径分布などこれまで粉末回折などから得ることが難しかったパターン情報を得ることに成功した。サーモクロミックガラス材料にこの方法を適用した成果を２０１６年の日本放射光学会で口頭発表した。この研究は欧米で盛んになりつつある、ホールパウダーパターンモデリングとトータルスキャッタリングの２手法を融合する可能性を持つものであり、材料科学者からＸ線光学の研究者までの幅広い分野の研究者から注目を集めた。さらに、類似の情報を計測可能な小角散乱などの研究者からも、詳細が聞きたいとの連絡を受けている。以上のようにナノサイズビームを利用している多くの研究者から反響があった。今後はこの手法を実材料の解析に利用する研究を開発と合わせて継続する。そのためには、計算機の能力アップが必須となるため、大型計算機センターの利用などさらに研究環境を拡充して臨みたい。

研究成果

• [雑誌論文] Multiple powder diffraction data for an accurate charge density study using synchrotron radiation X-ray. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori
  • 雑誌名: Phys. Scripta. 巻: 91 ページ: 043009
  • DOI: doi:10.1088/0031-8949/91/4/043009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bonding nature of LiCoO2 by topological analysis of electron density from X-ray diffraction. (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Nishibori, T. Shibata, W. Kobayashi, Y. Moritomo
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 83 ページ: 840-842
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.83.840
  • 査読あり
• [雑誌論文] Element-selective visualization for materials science using synchrotron X-ray two-wavelength anomalous powder diffraction data. (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nishibori, Masaki Takata
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 巻: 40 ページ: 165-168
  • DOI: 10.14723/tmrsj.40.165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revisit: High resolution Charge Density Study of alpha-rhombohedral boron using third-generation SR data at SPring-8 (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nishiboria, Hiroshi Hyodo, Kaoru Kimura, and Masaki Takata
  • 雑誌名: Solid. State. Science. 巻: 47 ページ: 27-31
  • DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2015.02.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coordination Nano-Space as Stage of Hydrogen Ortho-Para Conversion. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kosone, Akihiro Hori, Eiji Nishibori*, Yoshiki Kubota, Akio Mishima, Masaaki Ohba, Hiroshi Tanaka, Kenichi Kato, Jungeun Kim, Jose Antonio Real, Susumu Kitagawa, Masaki Takata
  • 雑誌名: Royal Society Open Science. 巻: 2 ページ: 150006
  • DOI: 10.1098/rsos.150006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 放射光粉末X線回折データを用いたWxV1-xO2の物理的モデルに基づく構造研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 畠山あかり，西堀英治，Lei Miao，木村薫，高田昌樹
  • 学会等名: 第29回放射光学会年会
  • 発表場所: 東大柏キャンパスサテライト(千葉県柏市)
  • 年月日: 2016-01-13
  • 国際学会
• [学会発表] Structural Studies using multiple powder diffraction dataset (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Nishibori and H. Kasai,
  • 学会等名: The 13th Conference of the Asian Crystallographic Association
  • 発表場所: インド・コルカタ
  • 年月日: 2015-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple powder diffraction profiles for charge density study using synchrotron radiation X-ray (2015)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nishibori
  • 学会等名: Sagamore XVIII
  • 発表場所: サルディーニャ、イタリア
  • 年月日: 2015-06-10
  • 国際学会