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論文

Existence of local polar domains in perovskite oxyfluoride, BaFeOF

勝又哲裕*; 鈴木涼*; 佐藤直人*; 小田良哉*; 本山慎吾*; 鈴木俊平*; 中島護*; 稲熊宜之*; 森大輔*; 相見晃久*; et al.

Chemistry of Materials, 36(8), p.3697 - 3704, 2024/04

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c03275

ペロブスカイト型酸窒化物のBaFeOFを高圧合成によって作製した。得られた物質はSHGシグナルが観測されたことから自発分極の存在を示唆していたため、分極発現機構を放射光高エネルギーX線回折で調べた。得られた2体相関分布関数をフィットした結果、方位の異なる局所的な分極発現機構を見出した。BaFeOFは磁性材料でもあるため、磁気ドメインと強誘電ドメインが共存していると考えられる。

論文

Pressure-modulated magnetism and negative thermal expansion in the HoFe $_{17}$ intermetallic compound

Cao, Y.*; Zhou, H.*; Khmelevskyi, S.*; Lin, K.*; Avdeev, M.*; Wang, C.-W.*; Wang, B.*; Hu, F.*; 加藤健一*; 服部高典; et al.

Chemistry of Materials, 35(8), p.3249 - 3255, 2023/04

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c00158

被引用回数：1 パーセンタイル：40.78(Chemistry, Physical)

静水圧や化学圧力は、結晶構造を変化させる効率的な刺激であり、材料科学において電気的、磁気的特性のチューニングによく利用されている。しかし、化学圧力は定量化が困難であり、これら両者の定量的な対応関係はまだよくわかっていない。本研究では、負の熱膨張(NTE)を持つ永久磁石の候補である金属間化合物を調べた。放射光X線その場観察により、AlをドープしたHoFe $_{17}$ に負の化学圧力があることを明らかにし、単位セル体積の温度・圧力依存性を用いそれを定量的に評価した。また、磁化測定と中性子回折測定を組み合わせることで、磁気秩序に対する化学圧力と静水圧の違いを比較した。興味深いことに、圧力はNTEの抑制と増強を制御するために使用することができた。電子状態計算から、圧力がFermiレベル(EF)に対する主要バンドの上部に影響を与えたことを示しており、これは磁気安定性に影響を与え、それが磁気とNTEを調節する上で重要な役割を果たしていることがわかった。本研究は、圧力の影響を理解し、それを利用して機能性材料の特性を制御する良い例を示している。

論文

Ferroaxial transitions in glaserite-type compounds; Database screening, phonon calculations, and experimental verification

山岸茂直*; 林田健志*; 三澤龍介*; 木村健太*; 萩原雅人; 村田智城*; 廣瀬左京*; 木村剛*

Chemistry of Materials, 35(2), p.747 - 754, 2023/01

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c03540

被引用回数：5 パーセンタイル：86.76(Chemistry, Physical)

The so-called "ferroaxial transition" characterized by a rotational structural distortion that breaks a mirror symmetry has gained growing interest in terms of a new class of ferroic state in crystalline materials. RbFe(MoO $_{4}$ ) $_{2}$ which belongs to glaserite-type compounds, X□;1 Y□;2 [M(TO $_{4})_{2}$ ], is one of the most representative materials showing a ferroaxial transition, i.e., ferroaxial materials. Considering a variety of glaserite-type compounds, we expect that they provide a good arena for ferroaxial materials. In this work, we explored new ferroaxial materials by formula-based screening using regular expression search and symmetry detection algorithm. As a result, we found that a glaserite-type compound, K $_{2}$ Zr(PO $_{4}$ ) $_{2}$ , is one of the promising candidates for ferroaxial materials. Experimentally, we demonstrate that K $_{2}$ Zr(P O $_{4}$ ) $_{2}$ shows a ferroaxial transition at about 700 K, which is well explained by ab initio phonon calculations. The ferroaxial nature of K $_{2}$ Zr(PO $_{4}$ ) $_{2}$ is further confirmed by the observation of its domain structures using a linear electrogyration effect, that is, optical rotation in proportion to an applied electric field. Our work provides an effective approach to exploring ferroaxial materials.

論文

Repeatable photoinduced insulator-to-metal transition in yttrium oxyhydride epitaxial thin films

小松遊矢*; 清水亮太*; 佐藤龍平*; Wilde, M.*; 西尾和記*; 片瀬貴義*; 松村大樹; 齋藤寛之*; 宮内雅浩*; Adelman, J. R.*; et al.

Chemistry of Materials, 34(8), p.3616 - 3623, 2022/04

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c03450

被引用回数：9 パーセンタイル：75.04(Chemistry, Physical)

Here, we demonstrate such a highly repeatable photoinduced insulator-to-metal transition in yttrium oxyhydride (YO $_{x}$ H $_{y}$ ) epitaxial thin films. The temperature () dependence of the electrical resistivity () of the films transforms from insulating to metallic () under ultraviolet laser illumination. The sample is heated (125 $^{circ}$ C) under an Ar atmosphere to recover its original insulating state. The films recover their original metallic conductivity when subsequently subjected to ultraviolet laser illumination, showing repeatable photoinduced insulator-to-metal transition. First principles calculations show that the itinerant carriers originate from the variations in the charge states of the hydrogen atoms that occupy octahedral interstitial sites. This study indicates that tuning the site occupancy (octahedral/tetrahedral) of the hydrogen atoms exerts a significant effect on the photoresponse of metal hydrides.

論文

Correlated Li-ion migration in the superionic conductor Li $_{10}$ GeP $_{2}$ S $_{12}$

矢島健*; 日沼洋陽*; 堀智*; 岩崎類*; 菅野了次*; 大原高志; 中尾朗子*; 宗像孝司*; 廣井善二*

Journal of Materials Chemistry A, 9(18), p.11278 - 11284, 2021/05

https://doi.org/10.1039/D1TA00552A

被引用回数：19 パーセンタイル：79.98(Chemistry, Physical)

Herein, we studied the crystalline compound Li $_{10}$ GeP $_{2}$ S $_{12}$ with the largest Li-ion conductivity thus far via a novel route based on a combination of single-crystal neutron diffraction experiments at low temperature and first-principles calculations, and found that a correlated migration of the densely packed Li ions governs the overall Li-ion conduction. The correlated migration mechanism provides us with guidelines on how to design efficient superionic conductors for more efficient batteries.

論文

High oxide-ion conductivity in Si-deficient La $_{9.565}$ (Si $_{5.826}$ [] $_{0.174}$ )O $_{26}$ apatite without interstitial oxygens due to the overbonded channel oxygens

藤井孝太郎*; 八島正知*; 日比野圭祐*; 白岩大裕*; 福田功一郎*; 中山享*; 石沢伸夫*; 花島隆泰*; 大原高志

Journal of Materials Chemistry A, 6(23), p.10835 - 10846, 2018/06

https://doi.org/10.1039/C8TA02237B

被引用回数：27 パーセンタイル：69.42(Chemistry, Physical)

Apatite-type rare earth silicates are attractive materials with exhaust application such as solid-oxide fuel cells, due to its extremely high oxide-ion conductivity below 600 $^{circ}$ C. Interstitial (excess) oxygens have been believed to be responsible for the high conductivity in apatite-type materials. On the contrary, the present study clearly reveals the presence of Si vacancies [] in La-rich La $_{9.565}$ (Si $_{5.826}$ []] $_{0.174}$ )O $_{26}$ instead of the interstitial oxygens, by single-crystal neutron and X-ray diffraction analyses, density measurements and electronic calculations.

論文

Poly(ether ether ketone) (PEEK)-based graft-type polymer electrolyte membranes having high crystallinity for high conducting and mechanical properties under various humidified conditions

濱田崇; 長谷川伸; 深沢秀行*; 澤田真一; 越川博; 宮下敦巳; 前川康成

Journal of Materials Chemistry A, 3(42), p.20983 - 20991, 2015/11

https://doi.org/10.1039/C5TA05567A

被引用回数：35 パーセンタイル：71.15(Chemistry, Physical)

燃料電池の本格普及のため、低加湿下でのプロトン導電率と高加湿下での機械強度を併せ持つ電解質膜が不可欠である。本研究は、膜強度の高いポリ(エーテルエーテルケトン) (PEEK)に着目し、放射線グラフト重合により高いイオン交換容量(IEC)を有するPEEK-グラフト型電解質膜(PEEK-PEM)を合成することで、導電率と機械的強度の両立を目指した。IEC=3.08mmol/gのPEEK-PEMは、80 $^{circ}$ Cにおいて、低加湿下(相対湿度30%)でナフィオンと同等の導電率、高加湿下(相対湿度100%)で1.4倍の引張強度(14MPa)を示した。さらに、PEEK-PEM (IEC=2.45mmol/g)を用いて作製した燃料電池は、高加湿下(相対湿度100%)でナフィオンと同等、低加湿下(相対湿度30%)でナフィオンの2.5倍の最大出力密度を示した。X線回析からPEEK-PEMは、グラフト重合中、結晶性が増加するため、高いIECを持つPEEK-PEMにおいても、高い機械的強度を示すことが明らかとなった。

論文

New PbTiO $_{3}$ -type giant tetragonal compound Bi $_{2}$ ZnVO $_{6}$ and its stability under pressure

Yu, R.*; 北條元*; 岡研吾*; 綿貫徹; 町田晃彦; 清水啓佑*; 中野紀穂*; 東正樹*

Chemistry of Materials, 27(6), p.2012 - 2017, 2015/03

https://doi.org/10.1021/cm504133e

被引用回数：26 パーセンタイル：62.16(Chemistry, Physical)

新しいPbTiO $_{3}$ 型ペロブスカイト化合物であるBi $_{2}$ ZnVO $_{6}$ の合成に成功した。正方晶の軸比が1.26と大きな軸異方性を持ち、点電荷モデルから計算される分極はPbTiO $_{3}$ 型ペロブスカイト化合物のなかでは最大を示す。この化合物は圧力誘起構造相転移を起こし、6万気圧で分極のないGdFeO $_{3}$ 型構造へと変化する。

論文

Mechanistic studies on lithium intercalation in a lithium-rich layered material using Li $_{2}$ RuO $_{3}$ epitaxial film electrodes and surface X-ray analysis

田港聡*; 平山雅章*; 鈴木耕太*; Kim, K.-S.*; Zheng, Y.*; 田村和久; 水木純一郎; 菅野了次*

Journal of Materials Chemistry A, 2(34), p.17875 - 17882, 2014/11

https://doi.org/10.1039/C4TA02795G

被引用回数：21 パーセンタイル：55.13(Chemistry, Physical)

リチウムリッチな層状化合物の表面構造とインターカレーション過程との関係を、X線構造解析手法を用いて調べた。これまでの電気化学測定から、3次元的に拡散するパスがあり、かつ電池容量は、(010)面より(001)面が露出している方が大きいことが分かっている。このことについて、X線回折やXAFS測定により電極表面構造の変化を追跡した結果、(010)面の構造変化は不可逆である一方、(001)面の構造変化は可逆であることが分かった。

論文

Spin orientation transition across the single-layer graphene/nickel thin film interface

松本吉弘; 圓谷志郎; 小出明広*; 大伴真名歩; Avramov, P.; 楢本洋*; 雨宮健太*; 藤川高志*; 境誠司

Journal of Materials Chemistry C, 1(35), p.5533 - 5537, 2013/09

https://doi.org/10.1039/C3TC30872C

被引用回数：32 パーセンタイル：76.73(Materials Science, Multidisciplinary)

The spin-electronic structures across the interface between single-layer graphene and a Ni(111) thin film are explored by employing the depth-resolved X-ray absorption and magnetic circular dichroism spectroscopy with the atomic layer resolution. The depth-resolved Ni L-edge analysis clarifies that the Ni atomic layers adjacent to the interface show a transition of the spin orientation to the perpendicular one in contrast with the in-plane one in the bulk region. The C K-edge analysis reveals the intensifying of the spin-orbital interactions induced by the -d hybridization at the interface as well as out-of-plane spin polarization at the band region of graphene. The present study indicates the importance of the interface design at the atomic layer level for graphene-based spintronics.

論文

Pressure effect on intersite charge transfer in A-site-ordered double-perovskite-structure oxide

Long, Y.-W.*; 川上隆輝*; Chen, W.-T.*; 齊藤高志*; 綿貫徹; 中倉勇太*; Liu, Q.-Q.*; Jin, C.-Q.*; 島川祐一*

Chemistry of Materials, 24(11), p.2235 - 2239, 2012/06

https://doi.org/10.1021/cm301267e

被引用回数：37 パーセンタイル：71.27(Chemistry, Physical)

Aサイト秩序ダブルペロブスカイト型酸化物のLaCu $_{3}$ Fe $_{4}$ O $_{12}$ は、昇温によって大きく体積が減少する1次相転移が生じ、それがCuとFeイオン間の電荷移動によって引き起こされていることが知られている。本研究では室温で加圧することによっても同様の相転移が起こることを明らかにした。加えて、高圧相の方が体積弾性率が低くなるという通常ではみられない性質を示すことも明らかとなった。

論文

Control of epitaxy of graphene by crystallographic orientation of a Si substrate toward device applications

吹留博一*; 高橋良太*; 阿部峻佑*; 今泉京*; 半田浩之*; Kang, H. C.*; 唐澤宏美*; 末光哲也*; 尾辻泰一*; 遠田義晴*; et al.

Journal of Materials Chemistry, 21(43), p.17242 - 17248, 2011/11

https://doi.org/10.1039/c1jm12921j

被引用回数：28 パーセンタイル：63.08(Chemistry, Physical)

Graphene is a promising material in the next-generation devices. Large-scale epitaxial graphene should be grown on Si substrates to take over the accumulated technologies for integrated devices. We have for this reason developed epitaxy of graphene on Si (GOS) and device operation of the backgate field-effect transistors (FETs) using GOS has been confirmed. It is demonstrated in this paper that the GOS method enables us to tune the structural and electronic properties of graphene in terms of the crystallographic orientation of the Si substrate. Furthermore, it is shown that the uniformity of the GOS process within a sizable area enables us to reliably fabricate topgate FETs using conventional lithography techniques. GOS can be thus the key material in the next-generation devices owing to the tunability of the electronic structure by the crystallographic orientation of the Si substrate.

論文

Topotactic synthesis and crystal structure of a highly fluorinated Ruddlesden-Popper-type iron oxide, Sr $_{3}$ Fe $_{2}$ O $_{5+x}$ F $_{2-x}$ (x 0.44)

辻本吉廣*; 山浦一成*; 林直顕*; 樹神克明; 井川直樹; 松下能孝*; 勝矢良雄*; 白子雄一*; 赤荻正樹*; 室町英治*

Chemistry of Materials, 23(16), p.3652 - 3658, 2011/08

https://doi.org/10.1021/cm201075g

被引用回数：27 パーセンタイル：61.99(Chemistry, Physical)

トポタクティック合成法を用いることで、従来法よりもフッ素含有率の高いRuddlesden-Popper型鉄酸化物を合成することに成功した。粉末中性子回折,放射光X線回折及び $^{57}$ Feメスバウアー法によってその結晶構造を解析したこところ、合成した物質は化学式がSr $_{3}$ Fe $_{2}$ O $_{5+x}$ F $_{2-x}$ (x0.44)であり、室温における格子定数が=0.387264(6)nm及び=2.13465(6)nm、陰イオン欠陥のない正方晶オキシフッ化ペロブスカイト型構造を有する新規物質であることがわかった。また、この物質中でフッ素イオンは酸化物イオンとともに、鉄を中心とした四角錐の頂点に位置する結晶サイトを選択的に占有することを明らかにした。

論文

Densified low-hygroscopic form of P $_{2}$ O $_{5}$ glass

Brazhkin, V. V.*; Akola, J.*; 片山芳則; 小原真司*; Kondrin, M. V.*; Lyapin, A. G.*; Lyapin, S. G.*; Tricot, G.*; Yagafarov, O.

Journal of Materials Chemistry, 21(28), p.10442 - 10447, 2011/07

https://doi.org/10.1039/c1jm10889a

被引用回数：17 パーセンタイル：47.74(Chemistry, Physical)

P $_{2}$ O $_{5}$ は高い吸湿性を持つ典型的なガラス形成酸化物である。われわれは超高圧下でP $_{2}$ O $_{5}$ 融体を急冷することで、通常よりも12%も高い密度を持つガラスを作ることに成功した。このガラスは吸湿性が少なく、数週間空気中で安定である。この新しい形態のガラスの構造解析によって、ガラス中のナノ空孔の体積が減少していることが明らかになった。

論文

Degradation manner of polymer grafts chemically attached on thermally stable polymer films; Swelling-induced detachment of hydrophilic grafts from hydrophobic polymer substrates in aqueous media

榎本一之*; 高橋周一*; 岩瀬崇典*; 山下俊*; 前川康成

Journal of Materials Chemistry, 21(25), p.9343 - 9349, 2011/07

https://doi.org/10.1039/c0jm04084c

被引用回数：38 パーセンタイル：72.11(Chemistry, Physical)

燃料電池開発において、その心臓部分である電解質膜の高温耐久性が自動車用電源の実現に必要不可欠である。本研究では、炭化水素及びフッ素系基材膜にスチレンスルホン酸を導入したグラフト型電解質膜を作製し、燃料電池作動環境に近い高温水中での基材膜とグラフト鎖の化学構造及び高次構造を解析することで劣化機構を検討した。グラフト型電解質膜の耐久性は、グラフト鎖構造に依存するというこれまでの知見を覆し、グラフト鎖は高分子鎖切断など分解することなく、グラフト重合の開始点である基材膜界面から直接脱離すること、及び、この脱離は、疎水性基材膜と相分離した親水性グラフト鎖の含水膨張に起因することを見いだした。上記グラフト鎖の膨潤による界面脱離を利用することで、これまで基材膜からの単離が困難とされてきたグラフト鎖の構造や分子量が解析できる。

論文

On the role of polymer chains in transducing external mechanical forces to benzocyclobutene mechanophores

Dopieralski, P.*; Anjukandi, P.*; Rckert, M.*; 志賀基之; Ribas-Arino, J.*; Marx, D.*

Journal of Materials Chemistry, 21(23), p.8309 - 8316, 2011/06

https://doi.org/10.1039/c0jm03698f

被引用回数：50 パーセンタイル：79.19(Chemistry, Physical)

本発表は、科学研究費補助金研究課題「量子ゆらぎと熱揺らぎを考慮した高次系生体分子クラスターの分子論的解明」に基づく成果である。まず、外力の影響を受けて開環反応を起こすメカノフォアであるベンゾシクロブテンについて、脂肪族炭化水素鎖がどのような役割を果たすかを計算で調べた。得られた計算結果は、シス1,2置換されたベンゾシクロブテンの順旋的や逆旋的な開環反応過程それぞれにおいて、炭化水素鎖の長さは活性化エネルギーの外力依存性に影響があることを示している。したがって、メカノフォア自身を代えるだけでなく、メカノフォアに付加されている鎖を代えることで、その化学的性質を調節することが可能であることがわかる。本成果は、量子及び熱揺らぎ等を高い精度で考慮する分子動力学手法開発に資する成果であり、今後の原子力材料研究への発展が期待できる。

論文

On the role of polymer chains in transducing external mechanical forces to benzocyclobutene mechanophores

Dopieralski, P.*; Anjukandi, P.*; Rckert, M.*; 志賀基之; Ribas-Arino, J.*; Marx, D.*

Journal of Materials Chemistry, 21(23), p.8309 - 8316, 2011/06

https://doi.org/10.1039/c0jm03698f

本論文は、前中期計画で開発した原子力構造材の応力破壊の分子シミュレーション手法を化学反応制御の問題に応用した研究である。ベンゾシクロブテン誘導体のメカノケミカル開環反応において、外部から加えられた張力がポリエチレン型重合体を通してどのように伝わるかを、密度汎関数計算で調べた。その結果、同旋的・逆旋的開環反応経路における活性化エネルギーは、張力の大きさや重合体の長さに著しく依存することがわかった。これは、重合体を適切に選ぶことにより化学反応制御ができる可能性を示唆している。また、注目すべきことに、同旋的開環反応における遷移状態近傍のポテンシャル曲面のトポロジーは、外部張力に大きな影響を受けて、逆旋的開環反応に至ることがある。

論文

ECP evaluation by water radiolysis and ECP model calculations

塙悟史; 中村武彦; 内田俊介; Kus, P.*; Vsolak, R.*; Kysela, J.*

Proceedings of 2010 Nuclear Plant Chemistry Conference (NPC 2010)/8th International Radiolysis, Electrochemistry & Materials Performance Workshop (CD-ROM), 10 Pages, 2010/10

照射下における腐食電位(ECP)測定データをラジオリシス/ECP解析で評価した。照射下ECPデータは、LVR-15炉のインパイルループを用い、白金型,銀/塩化銀型及びジルコニア隔膜型の3種類のECPセンサーにより取得されたものである。試験では、4種類の照射条件と2種類の水質条件(NWC及びHWC)が与えられ、照射及び水質の環境条件の変化に対するECPレスポンスを測定した。ラジオリシス解析により、インパイルループ内の化学種濃度分布を評価し、その結果に基づきECPモデルを用いてECPセンサーが装荷された部位のECPを求めた。環境変化に伴うECPセンサーの出力変化とラジオリシス/ECP解析における評価結果を比較し両者の相関を調べ、ラジオリシス/ECP解析結果は照射条件や水質条件の変化に伴うECP変化の傾向をよく再現することが示された。

論文

ECP measurements under neutron and ray in in-pile loop and their data evaluation by water radiolysis calculations

塙悟史; 中村武彦; 内田俊介; Kus, P.*; Vsolak, R.*; Kysela, J.*

Proceedings of 2010 Nuclear Plant Chemistry Conference (NPC 2010)/8th International Radiolysis, Electrochemistry & Materials Performance Workshop (CD-ROM), 10 Pages, 2010/10

原子力プラントへ適用できる信頼性の高い腐食電位(ECP)センサーの開発を目標に、照射下でのECPセンサーの性能試験が実施された。本検討では、照射下ECP測定データを精査するとともに、腐食環境とECPの変化をラジオリシスコードで評価した。具体的には、数種類のECPセンサーについて、異なる照射条件や水質条件におけるセンサー出力を比較して相関を求め、ラジオリシス/ECPの解析結果と比較した。その結果、還元条件であっても照射量が増加することでECPの測定値は高くなる傾向を示し、その程度は水の放射線分解で生成する過酸化水素によりもたらされるECP変化と同等であった。これらの結果より、照射下でのECP測定やラジオリシス/ECP解析が照射場の腐食環境評価に有用であることを確認した。

論文

Tuning hydrogen production during oxide irradiation through surface grafting

Alam, M.*; Miserque, F.*; 田口光正; Boulanger, L.*; Renault, J. P.*

Journal of Materials Chemistry, 19(24), p.4261 - 4267, 2009/06

https://doi.org/10.1039/b901936g

被引用回数：16 パーセンタイル：45.86(Chemistry, Physical)

固体表面に吸着した水の分解による水素発生は放射性廃棄物の処理管理において、重要な問題である。われわれは、固体表面を精密に制御することで放射線照射下での水素発生量を制御できることを示した。シリカファイバーを用いたモデル系において、水素発生量がサブナノメータの酸化チタン層の堆積によって強力に抑制されること、一方、酸化ジルコニウムの堆積によって増強されることを明らかにした。