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。

In situ crystallographic observation of dynamic ferrite transformation evolution during hot deformation of low alloy steels

徐 平光; 友田 陽*; Koo, M.*; 米村 雅雄*; 鈴木 徹也*; Paradowska, A.*; Zhang, S. Y.*; 足立 吉隆*

no journal, , 

動的フェライト変態は鋼組織の超微細化を図る上で重要な手法として注目されている。変態前の母相を加工して格子欠陥密度を増加させ、核生成の優先サイトを増大させると、核生成速度が大きくなり、変態生成物が微細化されることは既に知られている。しかし、加工が変態中に行われる場合、不均一変形が顕著となるためフェライト変態に及ぼす影響が複雑化し、未だ微細化のメカニズムについては不明な点が残されている。本研究は、試料中の特定部位における複数の相の量や内部応力変化を同時にしかも連続的に観察が可能な飛行時間法中性子回折により、低合金鋼の熱間加工中における動的フェライト変態挙動を調査、検討した。

Phase diagram of solid solution of BiFeO-BaTiO3 system studied by neutron and X-ray powder diffraction

鬼柳 亮嗣; 山崎 但*; 坂元 勇馬*; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 大山 研司*; 鳥居 周輝*; 米村 雅雄*; Zhang, J.*; 神山 崇

no journal, , 

BiFeO (BFO) is well known as a room-temperature multiferroic material. The solid solution of BFO with another perovskite type ferroelectric material, BaTiO (BTO), has been reported to have improved multiferroicity. In this presentation, the structural study of (1-)BFO-BTO system in order to clarify the relationship between the structure and the physical properties will be reported. From the structural analyses using neutron and X-ray powder diffraction data, it was found that there exist multiple phases in the wide range of . The coexistence of a hexagonal phase and a cubic one was confirmed suggesting the origin of the ferroelectricity of the solution to be the hexagonal phase. Structural deformation with the variation of was observed, which results in the lowering of the phase transition temperatures. Combining all the information, the whole phase diagram of BFO-BTO system with respect to temperature and the composition was drawn.

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の実験装置計算環境の現状

中谷 健; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳; 梶本 亮一; Harjo, S.; 大原 高志; 大友 季哉*; 鈴木 次郎*; 武藤 豪*; 安 芳次*; et al.

no journal, , 

大強度陽子加速器施設(J-PARC)、物質・生命科学実験施設(MLF)では2008年5月に中性子、9月にミュオンの発生に成功し、12月からユーザーへの供用が始まった。陽子ビームパワーは供用開始時の4.3kWから120kWに増強され、稼働実験装置も8台から14台になり、新たな実験装置の建設も今年度から開始している。現在、各装置において多数のユーザーが実験を開始し、データを取得し始めている。また、上に述べたような施設の性能向上や各実験装置の改良・増設もあり、計算環境に求められる要求も徐々に増大しつつある。今年度われわれはMLF計算環境検討会議のもと、ソフトウェア開発情報共有のためのプロジェクト管理サーバー構築,高速データ処理環境の検討,基幹ネットワークのギガビットイーサ化,実験に用いる試料の申請から持ち出しまでの試料の管理を行う試料管理データベースの構築,実験データベースの導入を実施してきた。本発表では、J-PARC/MLFの実験装置計算環境の整備状況の詳細と今後の予定についての報告を行う。

乱れた構造がもたらす機能性性発現のメカニズム

川北 至信; Li, B.; 川崎 卓郎; 菊地 龍弥*; 鬼柳 亮嗣; 稲村 泰弘; 大原 高志; 柴田 薫; 古府 麻衣子; 中村 充孝; et al.

no journal, , 

JAEAプロジェクト課題「乱れた構造がもたらす機能発現のメカニズム」において得られた研究成果をダイジェストする。本プロジェクトでは液体やガラスなど構造全体が不規則なランダム物質に対して用いられてきた研究手法・解析手法を、結晶に潜むランダム性がマクロな機能的物性を支配する物理現象に適用し、機能発現のメカニズムを解き明かしていくことを目的として、研究を展開してきた。液体ビスマスの構造の複雑性を時空相関関数から解明した研究、層状熱電材料、次世代太陽電池材料の低熱伝導性の起源を中性子非弾性散乱乱により解明した研究を紹介する。