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論文

高エネルギー放射光及びコンピュータシミュレーションを用いた「乱れた構造」の三次元可視化

小原真司*; 大石泰生*; 高田昌樹*; 米田安宏; 鈴谷賢太郎

日本結晶学会誌, 47(2), p.123 - 129, 2005/04

https://doi.org/10.5940/jcrsj.47.123

第3世代放射光からの高強度高エネルギーX線回折を利用すると、その短波長と高透過能から、透過法で広いQ領域を迅速に測定することが可能になる。われわれは、最近、SPring-8における高エネルギーX線回折とパルス中性子回折を組合せ、さらにこの両データに逆モンテカルロシミュレーション法を適用することにより、これまで不明であったガラスや液体など非晶質物質の「乱れた構造」を三次元可視化し、その詳細を理解することに成功した。本稿では、その実験の詳細と酸化物ガラスと強誘電性半導体混晶の成果について解説する。

論文

放射光X線及び中性子回折によるガラスの構造

鈴谷賢太郎

波紋, 13(1), p.51 - 55, 2003/01

https://doi.org/10.5611/hamon.13.51

第三世代放射光源SPring-8より得られる高強度の高エネルギー単色X線(E30keV)を用いた回折実験と中性子回折との併用について、酸化物ガラスの構造研究を例に解説した。現在、SPring-8の高エネルギー単色X線の持つ短波長,高透過能から、回折実験によって、高い散乱ベクトルQ(300nm $^{-1}$ )まで吸収補正などのデータ補正のほとんど必要ない精度の高い構造因子S(Q)を得ることが可能となっており、従来のパルス中性子回折に匹敵する量と質のデータがX線回折でも得られようになりつつある。基本的なネットワーク形成酸化物ガラスの中距離構造(ネットワーク構造)は、この高エネルギー単色X線回折とパルス中性子回折による高精度のS(Q)データに、逆モンテカルロ・シミュレーション(Reverse Monte Carlo Simulation = RMC)法を適用することによって、解析が可能になってきている。中距離構造は、ランダム系物質の物性を研究するうえで最も重要なファクターであり、今後、ランダム系物質の特異な物性は、高輝度放射光源,パルス中性子源を利用した回折,非弾性散乱実験,計算機シミュレーションとの併用によって、明らかにされると考えられる。

論文

高エネルギー単色X線回折による酸化物ガラスの短範囲・中距離構造解析

鈴谷賢太郎; 小原真司*

まてりあ, 41(3), p.206 - 215, 2002/03

http://ci.nii.ac.jp/naid/10008836947

第三世代放射光源SPring-8より得られる高強度の高エネルギー単色X線(E30keV)を用いた回折実験及び実験装置(BL04B2高エネルギーX線回折用2軸回折計)の概要と、その高エネルギー単色X線回折によるランダム系物質:酸化物ガラスの構造研究の現状について解説した。高エネルギー単色X線の持つ短波長,高透過能から、回折実験によって、高い散乱ベクトルQ(300nm $^{-1}$ )まで(吸収補正などの)データ補正のほとんど必要ない精度の高い構造因子S(Q)を得ることが可能となった。SiO $_{2}$ ,GeO $_{2}$ ,B $_{2}$ O $_{3}$ ガラスなどの基本的なネットワーク形成酸化物ガラスの高エネルギー単色X線回折による高精度のS(Q)データに、逆モンテカルロ・シミュレーション(Reverse Monte Carlo Simulation = RMC)法を適用することによって、ランダム系物質の物性を研究するうえ上で極めて重要であるにもかかわらずこれまでデータ解析がほとんど不可能であった中距離構造(短範囲構造ユニットのつくるリング構造など)の信頼できるモデルを構築することに成功した。今後、ランダム系物質の特異な物性は、本研究で示されたような、中距離構造を含む大きな構造モデルをベースに理解が進むものと考えられる。

論文

Intermediate range order of vitreous silica studied by high energy X-ray diffraction, neutron diffraction and reverse Monte Carlo modelling

小原真司*; 鈴谷賢太郎

Physics and Chemistry of Glasses, Vol.43C 2002, p.51 - 54, 2002/00

第三世代放射光源SPring-8より得られる高強度の高エネルギー単色X線の持つ短波長,高透過能から、回折実験によって、高い散乱ベクトルQ (350nm $^{-1}$ )まで(吸収補正などの)データ補正のほとんど必要ない精度の高い構造因子S(Q)を得ることが可能となった。最も典型的なネットワーク形成酸化物ガラス:シリカ(SiO $_{2}$ )の高エネルギー単色X線回折による高精度のS(Q)データに、逆モンテカルロ・シミュレーション(Reverse Monte Carlo Simulation = RMC)法を適用することによって、ランダム系物質の物性を研究するうえで極めて重要であるにもかかわらずこれまでデータ解析がほとんど不可能であった中距離構造(短範囲構造ユニットのつくるリング構造など)の信頼できるモデルを構築することに成功した。今後、ランダム系物質の特異な物性は、本研究で示されたような、中距離構造を含む大きな構造モデルをベースに理解が進むものと考えられる。

論文

SPring-8高エネルギーX線回折ビームラインBL04B2におけるランダム系物質の単色高エネルギーX線回折

小原真司*; 鈴谷賢太郎

放射光, 14(5), p.365 - 375, 2001/11

http://ci.nii.ac.jp/naid/10007157514

第三世代放射光施設における高エネルギーX線回折は、液体やアモルファス固体,ガラスなどのランダム系物質の構造解析に大きな進歩をもたらした。特に、X線の波長が短いため、高い散乱ベクトルQまで測定できるので、実空間分解能が飛躍的に向上した。また、X線の強度と透過能が高いため、少量の試料を透過法で測定できるので、高温高圧下での測定も比較的容易である。したがって、これまで(パルス)中性子回折によって調べられてきたランダム系物質のデータとの直接比較が可能である。われわれは、SPring-8において、ランダム系物質専用の高エネルギーX線回折計を建設し、いくつかの酸化物ガラス(SiO $_{2}$ 及びGeO $_{2}$ ガラス)の中距離構造を明らかにした。特に、高エネルギーX線回折とパルス中性子回折の両データに、逆モンテカルロシミュレーションを適用し、中距離構造を含むガラスの大きな構造モデルの構築に成功した。これらの高エネルギーX線回折を中心とした、ランダム系物質の短・中距離構造の精密な構造解析法は、高温下でのランダム系物質の構造変化を調べる研究などにも適用され、SiO $_{2}$ ガラスは1000 $^{circ}C$ の高温下でも短距離構造は変化せず、わずかに平均的な中距離構造に変化が現れるだけであることが明らかになった。

口頭

Intermediate range ordering in molten noble-metal halides

田原周太*; 川北至信

no journal, ,

貴金属ハライドは、カチオン-アニオン間の結合がイオン性と共有性の中間的な性質を有する。このことが貴金属ハライドのいくつかの物質で超イオン伝導性を示すこととも関係している。溶融相では、長距離秩序を失う一方で、結合性がより局所構造に反映されやすい。ヨウ化銀、ヨウ化銅は超イオン伝導体として有名であり、その溶融構造には、中距離相関の指標となるFSDP(first sharp diffraction peak)がカチオン-カチオン部分構造因子に乗っていることが我々の先行研究で分かっている。この中距離相関は、カチオン-カチオン相関が最近接分布を形成する異種イオン間相関に深く侵入する分布を形成し、線状の不均一な構造をとることから生じている。単体ではFSDPを持たず長イオン伝導性も常圧では示さないAgClとRbClを溶融混合すると、中距離秩序が現れることが分かった。実験結果を再現する分極可能モデルを用いた分子動力学シミュレーションにより、AgイオンとRbイオンがアニオンの媒体の中でクラスターを形成していることが分かった。AgClおよびRbClのカチオン-アニオン間の結合性の違いが反映していると考えられる。