関西光科学研究所 >> プレス発表 >> 数万気圧極低温下での単結晶X線結晶構造解析に成功! ~ 圧力下新奇物性解明に光 ~

プレス発表

平成30年01月26日
名古屋大学大学院工学研究科応用物理
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学研究部門 関西光科学研究所 放射光科学研究センター
公益財団法人高輝度光科学研究センター(JASRI)利用推進部普及情報課

【発表のポイント】

  • 圧力下の詳細な電子状態の議論を可能とする精密な結晶構造を圧力下単結晶X線回折実験によって決定した
  • 大型放射光施設SPring-8における圧力下電子物性解明手法の新たな展開が期待される

【概要】

 名古屋大学大学院工学系研究科の中埜 彰俊博士後期課程学生、澤 博教授、国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構綿貫 徹博士、高輝度光科学研究センターの杉本 邦久博士らは、大型放射光施設SPring-8における圧力下単結晶X線回折実験による結晶構造解析方法を確立し、電気通信大学、東京大学物性研究所、総合科学研究機構中性子科学センター、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所とともに圧力下で劇的な変化を示す物質の結晶構造とその変化のメカニズムを明らかにしました。

 我々の身の回りでは、多くの機能性材料が生活を支えてくれていますが、それらが実際に役に立つまでには、様々な外場に対する応答が研究されます。圧力は最も基本的な外場の一つですが、物質の性質を劇的に変化させ、将来、我々の社会を変えうる物理現象が多く発見されています。これらの新奇な物理現象を正しく解明するには圧力下において精密に結晶構造を決定しなければなりません。単結晶X線回折は結晶中の規則正しく配列した原子による散乱現象を用いるため、原子配置を精密に決定できます。しかし圧力下単結晶X線回折実験は構造解析手法が十分整備されておらず、精密な結晶構造解析の報告は比較的単純な物質に限られていました。

 今回、我々の研究チームは、SPring-8のビームラインBL22XUの高圧実験用X線回折計を用いて、高圧下単結晶X線回折実験の測定法の改良および構造解析手法の開発を行い、圧力を1~8万気圧、温度を- 263~30℃まで変化させ様々な条件下で構造解析を行うことで、およそ3万気圧で原因不明の相転移を示す遷移金属層状化合物Ta2NiSe5の構造解析を精密に決定しました。このTa2NiSe5は、1960年代に理論的に予言された“励起子絶縁体”という珍しい電子状態が実現しているとされる数少ない候補物質の一つで、現在、その物理現象の解明に向けて世界中で研究が行われています。応用面でも高効率の赤外線検出材料として注目されている、大変興味深い物質でもあります。我々は、高圧低温という多重極限条件下での精密な構造解析によって、層状構造をもつこの材料が層間のクーロン相互作用によって層がスライドする特異な相転移を引き起こしていることを突き止めました。単結晶X線回折により、十分な精度の結晶構造解析が可能であることを示したことで、今後、より幅広い物質の圧力下の電子状態を議論することが可能となります。

この研究成果は、2018年1月25日(英国時間)に国際結晶学誌「International Union of Crystallography Journals」電子版に掲載されます。


*詳細は下記をご参考にしてください。(国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構サイトへリンク)