Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

マイクロ化学チップ / 拡張ナノ空間 / 溶液物性 / X線構造解析 / 拡張ナノ流路 / 構造 / 溶液X線回折 / 分子間距離 / X線回折

数100nmの空間の水の物性はバルクとは異なることがわかり、非常に注目を集めている。そこで本研究では、この空間の水の構造を明らかにするために、X線構造解析法を創成することを目的とした。その結果、極微小空間であり測定が極めて困難なこの空間ではじめて信号を得ることに成功した。今後、この空間の液体構造を解析することで、物性発現の機構が明らかになると期待される。

熱容量 / エントロピー / X線回折 / 蒸着法 / ガラス転移 / 低エネルギー励起 / 化学物理 / 物性実験 / Ｘ線回折 / 構造 / アニール効果 / 残余エントロピー

低温蒸着実験を可能にするため、研究室既設の断熱型熱量計とX線回折用装置の改造および精密蒸着ラインの製作を行った。過去に熱容量が測られた分子ガラスの中で最も単純な構造をもつ四塩化炭素、プロペン、プロパンの熱容量を測定し、顕著な低温過剰熱容量とガラス転移を観測した。同試料の中性子非弾性散乱から、低温過剰熱容量がアモルファス特有のボゾンピークによることを示した。水、メタノール、1-ペンテンの蒸着ガラスのX線回折実験を行い、ガラス転移温度近傍でのアニール効果と水素結合構造の関係を明らかにした

液体 / 高圧力 / 相転移 / 構造 / 放射光 / X線回折

本研究は、液体の構造と電気的性質の圧力変化を、種々の結合をもつ液体金属・半導体について系統的に調べ、圧力誘起の相転移の様相が結晶とどのように違うのか、転移後の構造がどのように異なるのか、また転移に伴って物性がどのように変化するかを調べることを目的とし、高圧力下の実験を行った。
X線回折実験は、放射光とマルチアンビル型高圧力発生装置を用いてエネルギー分散法により行った.液体AgIにおいて加圧による構造の急激な変化が、液体CuI、液体CuBr,液体CuClにおいて連続的な変化が見出された。液体銅ハライドの局所構造は、いずれも常圧では四面体構造が主であり、加圧により八面体へ変化する。転移圧力はCuCl, CuBr, Culの順に高くなっており、この順序は結晶と同じである。結合のイオン性が大きな液体銅ハライドの局所構造の圧力変化は結晶と類似しており、イオン性の大きなII-VI化合物のCdTeの結果と同じである。また、結晶での構造が共有結合のネットワークが2次元的で、原子間の結合に強い結合と弱い結合が共存していると考えられる液体IV-VI化合物の構造の圧力変化を調べた。液体GeSe、液体GeTe、液体SnTe、液体PbTeについて測定を行い、異方的な構造変化を観測した。また、液体GeTeの局所構造は1.8GPaと4.OGPaの間で、液体PbTeは2.6GPaと4.0GPaの間で、液体SnTeは1.6GPaと3.3GPaの間で、急激な構造の変化が起こり、収縮の仕方が変化することを見出した。また、高温高圧力下での電気的測定を行うために、対向アンビル装置で高圧力高温発生の技術開発を行い、高圧力下で液体GaSbと液体CdTeの融解温度までの測定に成功したが、圧力変化の詳細な測定には至らなかった。
これらの結果から、結合のイオン性の大きなI-VII化合物の液体の構造の圧力変化は、結合のイオン性の小さい液体III-V化合物の構造変化が、結晶の圧力誘起相転移と大きく異なるのと対照的であることと、局所構造の異方性の大きいIV-VI化合物の液体では、結晶とは異なる圧力誘起構造変化が起こることが結論された。

液体金属 / 高圧力 / 放射光 / 構造 / X線回折

液体に圧力を加えて体積を減少させると、原子間の距離が縮まり、相互作用が変化する。とくに、相互作用に共有結合性をもつ液体金属では、相互作用の距離依存性が著しい。そこで、本研究では種々のイオン性を持つIII-V化合物、II-V化合物について液体の構造の圧力変化を調べ、結合のイオン性が液体の構造の圧力変化に及ぼす効果を調べることを目的とした。
放射光を用いた高圧力下高温X線回折実験により、共有結合性とイオン性をもつ液体金属の構造の圧力変化を調べた。その結果、液体の局所構造の圧力変化は、結晶の構造変化と著しく異なるが、平均四配位構造物質の構造の圧力変化は系統的に変化し、また結合におけるイオン性が大きな影響を及ぼすことが明らかになった。液体GaSbの局所構造は、加圧により一様に収縮するのではなくて、より配位数の高い構造へ変化させながら収縮していくことがわかった。結合のイオン性がGaSbよりもやや大きいInSbでは、約10GPaにおいて液体の収縮機構の変化が見られ、液体の収縮機構が非一様収縮から一様収縮へと変化した。また、10GPa以上の圧力領域の液体の構造は、低圧相結晶や高圧相結晶の局所構造のいずれとも異なることがわかった。液体CdTeでは、2GPaの前後で液体の構造が急激に著しく変化することが見出された。低圧相の液体の局所構造はZnS型構造に、高圧相はNaCl型に類似であることがわかった。この構造変化は結晶相での構造変化とほぼ同じであり、液体の構造変化が結晶相と著しく異なる液体Si, Ge, III-V化合物の結果と対照的である。この構造変化は結合におけるイオン性の影響であると考えられる。

【研究分担者】
古府麻衣子	東京大学	物性研究所	助教	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
辰巳創一	東京大学	物性研究所	研究員	(Kakenデータベース)
小田垣孝	東京電機大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
千葉文野	慶應義塾大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)
服部高典	慶應義塾大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
服部高典	慶應義塾大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)