2017 Fiscal Year Annual Research Report
量子ビームと理論の連携による革新的イオン伝導不規則構造材料創製基盤の構築
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16H03903
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
臼杵 毅 山形大学, 理学部, 教授 (70250909)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安仁屋 勝 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30221724)
尾原 幸治 公益財団法人高輝度光科学研究センター, その他部局等, 副主席研究員 (00625486)
田原 周太 琉球大学, 理学部, 准教授 (80468959)
小野寺 陽平 京都大学, 原子炉実験所, 助教 (20531031)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | イオン伝導性ガラス / X線異常散乱 / 量子ビーム / 中性子散乱 / 構造モデリング / イオン伝導経路 / 固体イオニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、量子ビームを最大限に活用した元素選択精密構造解析実験を駆使することにより、高イオン伝導性ガラスにおけるガラスマトリックス構造及びイオン拡散経路の構築過程を原子・電子レベルで可視化することを目的としている。平成２８年度に着手した元素選択X線異常散乱実験環境の整備を受けて、平成２９年度は、本研究対象試料に対する精密X線異常散乱実験を実施した。イオン拡散経路の構築過程を追跡するために、メカニカルミリングによりガラス化進行度を制御した試料を作成し、SPring-8においてX線異常散乱実験を行った結果、可動イオンであるAgイオン周囲の部分構造情報の取得に成功した。これと並行して、同系に対する中性子散乱実験をJ-PARCにおいて行った。これにより、X線と中性子線に対する各元素の散乱能の違いを利用した精密構造情報の取得に至った。放射光X線回折実験、中性子回折実験データにX線異常散乱実験データを加えた三次元構造モデリングを開始し、イオン伝導性ガラスにおける可動イオンの拡散パスやガラス中の不均一構造の可視化に着手した。特に、X線異常散乱実験データを加えることで、可動イオンのガラス内の位置決定精度が格段に向上し、可動イオン同士が個別に移動するのではなく協働運動していることを示唆する極めて重要な知見が得られつつある。さらに、精密構造情報とイオン拡散を関連付ける理論の構築を進めた。これらの結果は、国内外の学会等で発表を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究を推進する上で要となるX線異常散乱実験及び中性子散乱実験が順調に進み、いずれも高精度の構造情報の取得に成功している。加えて、各種量子ビーム実験データを用いた精密三次元構造モデリングを本格的に開始し、複雑なガラス内における可動イオン周囲の構造情報の解析が進み、ガラス内の可動イオンの極めて特徴的な不均一な分布及びそれらの中・長距離にわたる連結によるイオン伝導パス情報の抽出において重要な進展があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に開始した元素選択X線異常散乱実験、中性子散乱実験を継続しつつ、本年度は、X線吸収微細構造実験データの取得とそれを加えた精密構造モデリングを本格的に進める。特に、ガラス内におけるイオン伝導性発現と直結する可動イオンの特徴的な分布の可視化完了を実現させたい。これと並行して、得られた精密三次元構造情報をもとに大規模量子計算に着手し、ガラス化進行過程に伴う可動イオンの電子状態変化・結合状態変化の明確化を試みる。また、ガラス構造のトポロジカルな特徴を多方面から解析・抽出する。これらの知見を融合し、不規則性と伝導性との構造物性相関を解き進め、さらに、不規則性とイオン拡散に関する理論の再構築を進めつつ、構造不規則材料における高イオン輸送現象の発現機構に関わる基礎知見を取りまとめたい。これらの結果をもとに、革新的イオン伝導不規則材料創製に寄与する核心的ポイントを整理して、学会発表や論文発表を行う。
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