Revealing the ion dynamics in LiGePS by quasi-elastic neutron scattering measurements

堀 智*; 菅野 了次*; Kwon, O.*; 加藤 祐樹*; 山田 武*; 松浦 直人*; 米村 雅雄*; 神山 崇*; 柴田 薫; 川北 至信

Journal of Physical Chemistry C, 126(22), p.9518 - 9527, 2022/06

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c01748

Understanding Li-ion conduction in superionic conductors accelerates the development of new solid electrolytes to enhance the charge-discharge performances of all-solid-state batteries. We performed a quasi-elastic neutron scattering study on a model superionic conductor (LiGePS, LGPS), to reveal its ion dynamics on an angstrom-scale spatial range and a pico-to-nanosecond temporal range. The observation of spectra at 298 K confirmed the high lithium diffusivity. The obtained diffusion coefficient was in the order of 10 cms at temperatures 338 K and was higher than the reported diffusion coefficient over a longer time scale, as determined by the pulse-field gradient nuclear magnetic resonance method. This difference indicates that there are impediments to ionic motion over a longer time scale. The dynamic behavior of the Li ions was compared with that observed for the LiPSO phase, which possesses the same crystal structure type, but a lower ionic conductivity. The LGPS phase possessed a high lithium mobility over a distance of 10 , as well as a larger fraction of mobile Li ions, thereby indicating that these features enhance lithium conduction over a longer spatial scale, which is important in all-solidstate batteries.

Strong lattice anharmonicity exhibited by the high-energy optical phonons in thermoelectric material

Wu, P.*; Fan, F.-R.*; 萩原 雅人*; 古府 麻衣子; Peng, K.*; 石川 喜久*; Lee, S.*; 本田 孝志*; 米村 雅雄*; 池田 一貴*; et al.

New Journal of Physics (Internet), 22(8), p.083083_1 - 083083_9, 2020/08

https://doi.org/10.1088/1367-2630/aba98f

熱電材料SnSeは、過去数年間で世界的な関心を呼び、その固有の強い格子非調和性は、その優れた熱電性能の重要な要素と見なされている。一方、SnSeにおける格子非調和性の理解は、特にフォノンダイナミクスがこの動作によってどのように影響を受けるかに関して、依然として不十分である。そのため、中性子全散乱,非弾性中性子散乱,ラマン分光法、および凍結フォノン計算により、NaSnSeSの格子力学の包括的な研究を行った。格子非調和性は、対分布関数,非弾性中性子散乱、およびラマン測定によって確かめられた。熱膨張と多重フォノン散乱の影響を分離することにより、後者は高エネルギー光学フォノンモードで非常に重要であることがわかった。フォノンモードの強い温度依存性は、この系の非調和性を示している。さらに、我々のデータは、Sドーピングにより、高エネルギー光学フォノンの線幅が広がることを明らかにした。私たちの研究は、SnSeの熱電性能は、フォノンエンジニアリングを介して格子熱伝導率への高エネルギー光学フォノンモードの寄与を減らすことによってさらに強化できることを示唆する。

Proceedings of the 21st Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-XXI); Sep. 29 - Oct.3, 2014, Ibaraki Prefectural Center, Mito, Japan

奥 隆之; 中村 充孝; 酒井 健二; 勅使河原 誠; 達本 衡輝*; 米村 雅雄*; 鈴木 淳市*; 新井 正敏*

JAEA-Conf 2015-002, 660 Pages, 2016/02

JAEA-Conf-2015-002.pdf:168.34MB

第21回「先端的中性子源に関する国際協力」会議(ICANS-XXI)が2014年9月29日から10月3日に、茨城県立県民文化センター(水戸市)において開催された。この会議は日本原子力研究開発機構, 高エネルギー加速器研究機構, 総合科学研究機構により共催されたものである。会議では、大強度パルス中性子源を用いた新時代のサイエンスや応用研究の展開について、ワークショップ形式のセッションを主体として、ハードウェアからソフトウェア、そして放射線安全に至るまで、"インターフェイス"をキーワードに、さまざまな課題に関する活発な討論がなされた。本報文集はそれら72件の論文をまとめたものである。

Transformation strain and texture evolution during diffusional phase transformation of low alloy steels studied by neutron diffraction

徐 平光; 友田 陽*; Vogel, S. C.*; 鈴木 徹也*; 米村 雅雄*; 神山 崇*

Reviews on Advanced Materials Science, 33(5), p.389 - 395, 2013/08

http://www.ipme.ru/e-journals/RAMS/no_53313/02_533_xu.html

The ferrite-to-austenite transformation during heating and the austenite-to-ferrite transformation during cooling were investigated by KEK/SIRIUS and LANSCE/HIPPO neutron diffractometers under the stress-free condition. The deviation of ferrite lattice parameter from the linear thermal expansion and contraction during heating and cooling suggested the compressive strain occurred in ferrite phase. The texture memory effect between the cold compression texture of initial martensite and the final texture of ferrite after -- phase transformation was interrupted by the static recrystallization of martensite during step-by-step heating, revealing that the occurrence of texture memory effect was not directly related to the deformation stored energy but related to the transformation strain and the strong variant selection for nucleation.

The Ibaraki prefecture materials design diffractometer for J-PARC; Designing neutron guide

Harjo, S.; 神山 崇*; 鳥居 周輝; 石垣 徹; 米村 雅雄*

Physica B; Condensed Matter, 385-386(Part 2), p.1025 - 1028, 2006/11

https://doi.org/10.1016/j.physb.2006.05.327

J-PARCの茨城県材料構造解析装置は、 (L1=26.5m)において高分解能/=0.16%(ほぼ一定)を実現するとともに、広い2範囲をカバーするため広い範囲()の測定、すなわちPDF解析及び小角中性子散乱も可能にする。したがって、ビーム強度を犠牲にせず上記の特徴を高めるために中性子ガイド管の選択・設計は非常に重要である。本研究では、McStasシミュレーションを用いて、中性子を2次元的集光できる放物線的な形状を持つガイド管、すなわち楕円形ガイド管のようなバリスティックガイド管と、直ガイド管との特性を比較した。出口の焦点が試料位置よりも長くした楕円形ガイド管は、試料位置でのフラックスを若干上げることはできるが、装置の分解能を悪くした。また、この楕円形ガイド管は比較的短い波長においてガーランドピークを作り、粉末回折測定において大きな誤差を与えてしまう。一方、直ガイド管は、試料位置では全波長において一様な空間分布及び小さい発散角を持つ入射ビームを実現することができる。これらのことを考えると、直ガイド管は良い分解能及び比較的高いフラックスを保つためには最良な選択である。

Structure investigation on layered cathode materials of lithium-ion battery

米村 雅雄*; 神山 崇*; 石垣 徹; 森 一広*; Harjo, S.; 岩瀬 謙二*; 竹内 要二*; 佐々木 厳*; 右京 良雄*

no journal, , 

LiMO(M=Ni,Co, etc.)のような積層岩塩型構造材料は再充電可能なリチウムイオン電池の陽極として有望な候補材料である。しかしながら、これらの材料は、構造や熱特性が不安定なため、リチウムのインターカレーション又はその逆のプロセス中に電気化学的な性質が劣化する。一方、Mg添加系のLi(M,Mg)Oのように、LiMOの中のMに別の元素を添加することによって良いインターカレーションサイクル安定性を示す。本研究では、Li(Ni,Co,Al,Mg)O系材料にMgを0Mg0.1添加し、それに伴う構造変化を中性子回折を用いて詳細に調べた。

Ibaraki materials design diffractometer for J-PARC

石垣 徹; 星川 晃範; 米村 雅雄*; 神山 崇*; Harjo, S.; 相澤 一也; 佐久間 隆*; 友田 陽*; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県はJ-PARCの産業利用を推進することを目的として、汎用型粉末散乱装置(茨城県材料構造解析装置)を建設することを決定した。この回折計はハイスループット回折装置として考えられており、材料の開発・研究者は、この装置を材料の開発過程の中で化学分析装置のように手軽に用いることが可能である。この装置は、背面バンクで0.18d()5の範囲を分解能%で測定することが可能であり、5d()800の範囲については徐々に変化する分解能でカバーしている。リートベルト解析が可能なデータを測定するための標準的な測定時間は実験室X線装置程度の量で数分である。産業利用を促進するためには、利用システムの整備が必要である。われわれは、中性子回折は使いたいが、詳しくない産業界及び学術利用者のためのサポートシステムも確立する予定である。装置の建設は、既に開始されており、2008年には、J-PARCのデイワン装置の一つとして完成の予定である。

茨城県材料構造解析装置の現状について

石垣 徹; 星川 晃範; 米村 雅雄*; 神山 崇*; 森 一広*; 茂筑 高士*; 相澤 一也; 新井 正敏; 江幡 一弘*; 高野 佳樹*; et al.

no journal, , 

茨城県はJ-PARCの産業利用を推進することを目的として、汎用型粉末散乱装置(茨城県材料構造解析装置)を建設することを決定した。この回折計はハイスループット回折装置として考えられており、材料の開発・研究者は、この装置を材料の開発過程の中で化学分析装置のように手軽に用いることが可能である。この装置は、背面バンクで0.18d()5の範囲を分解能%で測定することが可能であり、5d()800の範囲については徐々に変化する分解能でカバーしている。リートベルト解析が可能なデータを測定するための標準的な測定時間は実験室X線装置程度の量で数分である。産業利用を促進するためには、利用システムの整備が必要である。装置の建設は、既に開始されており、2008年には、J-PARCのデイワン装置の一つとして完成の予定である。今回は装置の建設状況についての報告を行う。

J-PARC/MLFの中性子実験装置ソフトウェア開発

中谷 健; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳; 梶本 亮一; 青柳 哲雄; 大原 高志; 大友 季哉*; 安 芳次*; 鈴木 次郎*; 森嶋 隆裕*; et al.

no journal, , 

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)では2008年5月より中性子散乱実験装置のコミッショニングが始まり、同時にデータ集積ソフトウェアや解析ソフトウェアのコミッショニングも進められている。実験ユーザーはこれらのソフトウェアをわれわれが開発したソフトウェアフレームワークを通して利用する。ソフトウェアフレームワークはオブジェクト指向型スクリプト言語であるPythonをベースに開発され、実験制御やデータ解析を行うさまざまなソフトウェアモジュールを組み込むことにより、測定から解析,可視化までをシームレスに行うことが可能なシステムとなっている。本発表ではこのソフトウェアの製作過程と現在の状況について報告する。

Cross-sectional hydrogen content and mass density profiles of DLC film by neutron and X-ray reflectivity

尾関 和秀*; 米村 雅雄*; 増澤 徹*; 斎藤 秀俊*; 大越 康晴*; 平栗 健二*; 武田 全康

no journal, , 

DLC膜中の水素量は、DLC膜の機械的特性や膜そのものの微視的構造に大きく影響を与えるため、特性を制御したDLC膜を作成するために重要な因子である。本研究ではH/CH比を変えながら、プラズマCVD法によりDLC膜を作成して、その水素量と膜密度の厚さ方向分布を中性子反射率法とX線反射率法を併用して求め、ERDAの結果と比較した。また、表面のO/Cの原子数比をXPSによって調べた。これらの結果を総合すると、水素存在量と膜密度は表面から深くなるにしたがって増加し、XPSの結果とも比較すると、表面の水素密度は膜の内部よりも小さいことが明らかになった。