2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of heterogeneous specific structures inherent in natural minerals and program for creation of mimesis materials
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20H00189
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
杉山 和正 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40196762)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉朝 朗 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 特任教授 (00191536)
湯葢 邦夫 九州大学, 工学研究院, 学術研究員 (00302208)
川又 透 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90638355)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 鉱物 / 複雑構造 / 放射光 / 異常散乱 / 散漫散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，最新の３次元強度マッピング装置と波長選択性や偏光性を積極的に利用できる高輝度放射光Ｘ線源をドッキングすることによって，逆空間に表現される鉱物の特異構造を解明することを目的とする．2023年度は，硫化物系複雑構造や合金系複雑構造に存在する局所構造の解析におおきな成果があった，とくに地球産の硫化鉱物は，生成する温度条件によって，その局所構造単位に大きな変化がある場合がある．M9S8組成のペントランダイト型鉱物は，硫黄６つに囲まれる六配位席および硫黄４つに囲まれる四配位席への遷移元素の分布が生成される温度環境に大きく依存する．また，MS2パイライト構造は，構成元素の電子状態を大きく反映し，遷移元素の種類が構造中に存在するS-S結合に大きな影響をあたえ，その物理化学的特性は非常に興味深い．2023年度は，このような硫化物系鉱物の構造的研究を推進し，とくに”りゅうくう”プロジェクトで得られたペントランダイトに関する報告として，”りゅうぐう”の生成環境の推定に温度制約を与えることに成功した．また，複雑金属系化合物の研究では，準結晶近似結晶の構造解析に関する論文を出版することができた．準結晶の組成近傍の合金には，非晶質・結晶質を問わず，正十二面体クラスターや五角形カラム構造をもつものが多いが，クラスター構造の詳細な解明には，本研究グループが得意とするＸ線異常散乱法の適用が不可欠である．本研究プロジェクトで物質構造科学研究所に整備した装置群は，非晶質・結晶質とわず，異常散乱法を用いた物質の構造解析に最適な装置であり，本プロジェクトの資金援助によってこれらの研究成果をあげることができた．
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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
本研究は，最新の３次元散 強度マッピング装置と波長選 制性や偏光性を積極的に利用できる高輝度放射光Ｘ線源をドッキングすることによって，逆空間に表現される鉱物の特異構造を解明することを目的とする．そして，生成環境鵜を記憶する鉱物の特異構造の解明には，たとえ原子番号が隣り合う元素が共存する場合でも，的確に目的元素の環境構造を解明できるX線異常散乱法が有効である．2022年度に導入したハイブリッドピクセル検出器を搭載する特異構造解析システム，高エネルギーX線異常散乱を可能とするBL-１０A既存のシステムの改作そして非晶質やナノ結晶体の局所構造解析を可能とする二軸システムの整備もすすみ，鉱物中に存在する特異構造を多面的に解析できるシステム設計が完了させることができるめどが立った．そして，年度後半は，当初予定していた，準決勝近似結晶群，複雑硫化物，電子状態が異なる遷移元素を含むケイ酸塩の構造解析を推進することができた．よって，研究計画はおおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究プロジェクトは，2023年度までに，①実験室系X線回折装置にCu線源を導入して，逆格子隙間空間の解析がsynergyシステムで可能なことの確認．②放射光源の波長選択制および偏光特性可変性を積極的に利用する，解析システムの導入，③エネルギーレンジの高い放射光源を用いた解析システムの整備を完了し，既存の非晶質環境構造解析装置とのドッキングによって，結晶質・非晶質など，物質の原子配列の相違点の有無に関わらず，生成環境を記憶する特異構造を解明する計画準備は順調に進展している．今後は，この装置群を駆使して，各種化合物の特異構造の解明を推進したい．これまでも，装置の性能状況の確認とともに，硫化物，ケイ酸塩にかんしては，いくつ科の研究成果をあげてきたが，2024年度からは，蛍光発光体，鉄製錬プロセスに関連する酸化物質，電池材料およびナノ結晶構造体に対象を広げ，特異構造を生かす材料開発に着手したい．
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[Presentation] High-pressure Synthesis, Crystal Structure, and Properties of High-entropy Chalcogenides with NiAs-type and Pyrite-type Structure2022
Author(s)
A. Yamamoto, A. Zakiyatul, R. Furui, H. Yokoyama, D. Murata, S. Kumegai, K. Sugiyama, N. Dragoe, M. Fronzi
Organizer
10th Asia Conf. High-Pressure Research（ACHPR-10）
Int'l Joint Research
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