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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Advanced Structural Analysis for Supra-ceramics

Planned Research

Project AreaSupra-ceramics: Molecule-driven frontier of inorganic materials
Project/Area Number 22H05145
Research InstitutionKindai University

Principal Investigator

杉本 邦久  近畿大学, 理工学部, 教授 (00512807)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木内 久雄  東京大学, 物性研究所, 助教 (50818557)
南部 雄亮  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
稲田 幹  九州大学, 中央分析センター(筑紫地区), 准教授 (40624979)
木本 浩司  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 拠点長 (90354399)
Project Period (FY) 2022-06-16 – 2027-03-31
Keywords超セラミックス / 高度構造解析 / 共鳴非弾性X線散乱 / 中性子散乱 / 電子顕微鏡
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、先端計測による構造解析法を精鋭化することにより超セラミックスの巨視的及び局所的構造だけでなく動的構造を完全理解し、一気通貫で超セラミックスの創出から機能発現の全体像の解明することを目的としている。巨視的・局所的評価を主眼とした構造解析については、放射光と中性子を活用した精度の高いデータに基づいた解析の基盤の構築を推進した。放射光では、波動関数に基づいた構造モデルを用いた量子結晶学による軌道観察により、コバルト多核錯体の磁性を評価する上で重要な量子化軸の可視化に成功した。また中性子では、α-FeOOHに対して群論に基づく磁気空間群の解析を行うことにより磁気構造を決定し、さらに水素原子の位置は、重水素化及び構造精密化における束縛をかけることなく、結晶構造を精度良く決定することに成功した。さらに、化学結合状態の解析については、メソポーラスシリカチタニアに水蒸気吸着を行った結果から算出した吸着熱の変化により、水分子が凝縮するよりも表面に吸着した方が安定であることを確認し、超セラミックスの新規物質の表面特性の評価への道筋をつけることができた。また、走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いたSrGaOの様々な方位から原子配列を直接観察することにより。回折実験では判断が困難な鏡映対称の有無を明らかにし、K2LaTa2O6Nについては、非常に壊れやすく計測に試行錯誤が必要であったが、TaとPtの有無をSTEMとエネルギー分散型X線分光法を使ってマッピングにより解明した。超高分解能共鳴非弾性X線散乱においては、現在、国内に分子振動が見分けられるような高いエネルギー分解能を有する装置が存在しないため、先行して開発が進められている海外の放射光施設を利用しつつ、それぞれの装置の利点と欠点を把握することにより、軽元素の可視化に最適化された超高分解能共鳴非弾性X線散乱の装置設計に目処をつけることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本課題を達成するために、放射光X線を用いた回折だけでなく、共鳴非弾性X線散乱、中性子散乱、電子顕微鏡、核磁気共鳴、ラマン散乱等の先端計測手法を協奏的に最大限活用し、合成プロセスや動作時のその場観察構造計測により超セラミックスの全体像の解明に挑戦した。本年度は、以下の研究計画の課題について取り組んだ。
・巨視的・局所的評価を主眼とした構造解析について放射光及び中性子施設を活用し、相補的な構造解析の基盤の構築を推進
・超高分解能共鳴非弾性X線散乱による化学状態解析を構築するため、2024年より共用開始予定の東北放射光に最適化された光学素子を含む装置の開発を推進
・反応・機能その場観察による超セラミックスの可視化を実現するため、分子ユニットの配位環境、原子配列秩序、化学結合状態の解析における巨視的・局所的な構造評価との複合解析の基盤の構築を推進
いずれの研究計画の課題においても、B01班内だけでなく、領域内の合成班と機能班の研究者と連携することによって、実践的に超セラミックスの合成、機能の理解するための基盤の構築が順調に進んでいる。以上のことから、本研究計画全体としては、おおむね順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

新規物質群の機能発現の起源を知るためには、直接的な物質理解の基盤となる結晶構造、組成、形態、化学状態等の巨視的・局所的構造と動的構造を正確に引き出すことが鍵である。本計画研究では、先端計測を駆使した様々な高度構造解析手法を適用することにより、従来のセラミックスでは予想だにしない超セラミックスの新しい化学状態・形態を解明するとともに、その場計測手法による動作機構を解明する役割を果たすことがミッションである。今年度は引き続き領域内の共同研究を加速化し、実践的に超セラミックスの合成、機能の理解するための基盤の構築を推進していく。巨視的・局所的評価を主眼とした構造解析については、放射光及び中性子施設を相補的に活用した基盤技術の開発を継続して行う。超高分解能共鳴非弾性X線散乱による化学状態解析については、海外の放射光施設に既設装置群のメリット、デメリットを注意深く把握し、ナノテラスに最適化された光学素子を含む装置の開発を継続して推進する。反応・機能その場観察による超セラミックスの可視化については、分子ユニットの配位環境、原子配列秩序、化学結合状態の解析、組成状態解析、微細構造解析を連携させることにより巨視的・局所的な構造評価との複合解析の基盤の構築を継続して行う。また、理論班及び新たに参画した公募班と連携することにより、合成可能性の予測や動的な物性発現予測を視野に入れた、マテリアルズ・インフォマティクスの実現についても引き続き検討を行い手法の構築を目指す。

  • Research Products

    (36 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 6 results) Remarks (5 results)

  • [Int'l Joint Research] Oregon State Univ(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Oregon State Univ
  • [Int'l Joint Research] Guangdong Technion Israel Inst Technol(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Guangdong Technion Israel Inst Technol
  • [Int'l Joint Research] Aarhus Univ(デンマーク)

    • Country Name
      DENMARK
    • Counterpart Institution
      Aarhus Univ
  • [Int'l Joint Research] ANSTO/University Sydney(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      ANSTO/University Sydney
  • [Int'l Joint Research] NSRRC(その他の国・地域)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      NSRRC
  • [Journal Article] Nanometer-level temperature mapping of Joule-heated carbon nanotubes by plasmon spectroscopy2023

    • Author(s)
      Cretu Ovidiu、Tang Dai-Ming、Lu Da-Bao、Da Bo、Nemoto Yoshihiro、Kawamoto Naoyuki、Mitome Masanori、Ding Zejun、Kimoto Koji
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 201 Pages: 1025~1029

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2022.10.006

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Syntheses and structural characterization of heterometallic trinuclear {Cu(I), Ag(I)}-Ir(III) hydride complexes bridged by Ir metalloligands2022

    • Author(s)
      Maekawa Masahiko、Oda Shoki、Sugimoto Kunihisa、Okubo Takashi、Kuroda-Sowa Takayoshi
    • Journal Title

      Results in Chemistry

      Volume: 4 Pages: 100550~100550

    • DOI

      10.1016/j.rechem.2022.100550

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of Hydride-Doped Perovskite Stannate with Visible Light Absorption Capability2022

    • Author(s)
      Nakamura Masashi、Akamatsu Hirofumi、Fujii Kotaro、Nambu Yusuke、Ikeda Yoichi、Kanazawa Tomoki、Nozawa Shunsuke、Yashima Masatomo、Hayashi Katsuro、Maeda Kazuhiko
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 61 Pages: 6584~6593

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c00398

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] SrV<sub>0.3</sub>Fe<sub>0.7</sub>O<sub>2.8</sub>: A Vacancy-Ordered Fe-Based Perovskite Exhibiting Room-Temperature Magnetoresistance2022

    • Author(s)
      Nagase Teppei、Nishikubo Takumi、Fukuda Masayuki、Sakai Yuki、Shigematsu Kei、Ikeda Yoichi、Nambu Yusuke、Zhang Qiang、Matsuda Masaaki、Mibu Ko、Azuma Masaki、Yamamoto Takafumi
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 61 Pages: 8987~8991

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c01137

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Higher-order modulations in the skyrmion lattice phase of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Cu</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">OSeO</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:math>2022

    • Author(s)
      Reim Johannes D.、Matsuzaka Shinnosuke、Makino Koya、Aji Seno、Murasaki Ryo、Higashi Daiki、Okuyama Daisuke、Nambu Yusuke、Gilbert Elliot P.、Booth Norman、Seki Shinichiro、Tokura Yoshinori、Sato Taku J
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 104406

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.104406

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Partial breakdown of translation symmetry at a structural quantum critical point associated with a ferroelectric soft mode2022

    • Author(s)
      Ishii Y.、Yamamoto A.、Sato N.、Nambu Y.、Ohira-Kawamura S.、Murai N.、Ohara K.、Kawaguchi S.、Mori T.、Mori S.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 134111

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.134111

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nanoscale observation of subgap excitations in β-Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> with a high refractive index using low-voltage monochromated STEM: a new approach to analyze the physical properties of defects in dielectric materials2022

    • Author(s)
      Asano Takanori、Tezura Manabu、Saitoh Masumi、Tanaka Hiroki、Kikkawa Jun、Kimoto Koji
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 15 Pages: 076501~076501

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac6e28

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparison of detection limits of direct-counting CMOS and CCD cameras in EELS experiments2022

    • Author(s)
      Haruta Mitsutaka、Kikkawa Jun、Kimoto Koji、Kurata Hiroki
    • Journal Title

      Ultramicroscopy

      Volume: 240 Pages: 113577~113577

    • DOI

      10.1016/j.ultramic.2022.113577

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Local structure analysis of disordered materials via contrast variation in scanning transmission electron microscopy2022

    • Author(s)
      Kimoto Koji、Shiga Motoki、Kohara Shinji、Kikkawa Jun、Cretu Ovidiu、Onodera Yohei、Ishizuka Kazuo
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 12 Pages: 095219~095219

    • DOI

      10.1063/5.0104798

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface Plasmon Tunability of Core?Shell Au@Mo<sub>6</sub> Nanoparticles by Shell Thickness Modification2022

    • Author(s)
      Sciortino Flavien、Cretu Ovidiu、Karanikolas Vasilios、Grasset Fabien、Cordier St?phane、Ariga Katsuhiko、Kuroda Takashi、Kimoto Koji
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 13 Pages: 2150~2157

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.1c03853

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optical and acoustic phonon temperature measurements using electron nanoprobe and electron energy loss spectroscopy2022

    • Author(s)
      Kikkawa Jun、Kimoto Koji
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 195431

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.195431

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 分子性レニウム(I)錯体結晶が示す非共有結合性相互作用を利用したゲート開閉型ベイポクロミック挙動と構造転換ダイナミクスのその場観察2023

    • Author(s)
      松田 雄貴、中村 瞭汰、小澤 芳樹、田原 圭志朗、小野 利和、吉成 信人、今野 巧、杉本 邦久、小林 慎太郎、河口 彰吾、阿部 正明
    • Organizer
      日本化学会第103春期年会(2023)
  • [Presentation] アミノナフトールから誘導される新規な3座シッフ塩基配位子による鉄(II)錯体における2段階スピンクロスオーバー特性2023

    • Author(s)
      千住 勝洋、小坂 空、黒田 孝義、杉本 邦久、前川 雅彦
    • Organizer
      日本化学会第103春期年会(2023)
  • [Presentation] ピバレートアニオンを用いた混合原子価コバルト錯体の物性と精密構造解析2023

    • Author(s)
      山瀬 拓、伊藤 洋介、黒田 孝義、前川 雅彦、杉本 邦久
    • Organizer
      日本化学会第103春期年会(2023)
  • [Presentation] 多孔性コバルト錯体におけるガス選択性機能の可視化2023

    • Author(s)
      山田 航平、黒田 孝義、前川 雅彦、杉本 邦久
    • Organizer
      日本化学会第103春期年会(2023)
  • [Presentation] 杉本 邦久、鈴木 美蓮、黒田 孝義、前川 雅彦2023

    • Author(s)
      量子結晶学によるカフェイン-ジカルボン酸複合体の共結晶安定性の解明
    • Organizer
      日本化学会第103春期年会(2023)
  • [Presentation] Visualizing intrinsic property of functional materials using synchrotron radiation by quantum crystallography2023

    • Author(s)
      Kunihisa Sugimoto
    • Organizer
      26th Congress and General Assenbly of the International Union of Crystallograpy
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Si固溶C12A7マイエナイトの合成2023

    • Author(s)
      瀧石寛太、稲田幹
    • Organizer
      日本セラミックス協会2023年年会
  • [Presentation] Visualization of Weak Interaction Effects in Iron(II) Spin-Crossover Complexes2022

    • Author(s)
      Kunihisa Sugimoto, Masahiko Maekawa, Takayoshi Kuroda-Sowa
    • Organizer
      The 17th Asian Crystallographic Association Conference (AsCA2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射光回折システムの高機能化と機能性材料の開発研究2022

    • Author(s)
      杉本邦久
    • Organizer
      令和4年(2022年)度日本結晶学会年会
    • Invited
  • [Presentation] 水熱法による酸水酸化物準安定相の合成と結晶成長2022

    • Author(s)
      稲田幹
    • Organizer
      第35回セラミックス協会秋季シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] ハイドロガーネット前駆体からの(12-x)SrO・xCaO・7Al2O3の単相合成とSr/Ca比制御2022

    • Author(s)
      三輪大貴、中野晃佑、本郷研太、前園涼、稲田幹
    • Organizer
      第35回セラミックス協会秋季シンポジウム
  • [Presentation] マイクロ波エマルション法による酸化亜鉛の粒子形態制御2022

    • Author(s)
      芦苅采歌、稲田幹
    • Organizer
      2022 年度 日本セラミックス協会九州支部 秋季研究発表会
  • [Presentation] 東北大金研装置群の現状2022

    • Author(s)
      南部雄亮
    • Organizer
      物性研短期研究会 中性子散乱研究会 ー海外実験支援プログラムの成果報告と、再稼働したJRR-3 の現在地-
    • Invited
  • [Presentation] Microscopic views of the spin current carrier in insulating spintronic materials2022

    • Author(s)
      Yusuke Nambu
    • Organizer
      Magnetic and Optics Research International Symposium (MORIS) 2022
    • Invited
  • [Presentation] Observation of the spin-current carrier with Px polarized neutrons2022

    • Author(s)
      Yusuke Nambu
    • Organizer
      Polarized Neutrons for Condensed-Matter Investigations
    • Invited
  • [Remarks] 近畿大学理工学部理学科化学コース無機化学研究室(Publication)

    • URL

      https://www.chem.kindai.ac.jp/laboratory/sugimoto/publications/

  • [Remarks] 東京大学物性研究所原田研究室(論文・発表)

    • URL

      https://harada.issp.u-tokyo.ac.jp/%e8%ab%96%e6%96%87%e3%83%bb%e7%99%ba%e8%a1%a8/

  • [Remarks] 東北大学金属材料研究所南部研究室(研究成果)

    • URL

      http://nambu.imr.tohoku.ac.jp/outcome/

  • [Remarks] 物質・材料研究機構マテリアル基盤研究センター(木本浩司)

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/kimoto_koji

  • [Remarks] 九州大学中央分析センター稲田研究室(研究業績)

    • URL

      http://bunseki.kyushu-u.ac.jp/inadalab/achievements.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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