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Research

Keywords

ナノチューブ・ナノダイヤモンド・多結晶体

Society memberships

日本結晶学会, 日本高圧力学会, 日本金属学会

Research Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA)
Title

放射光を用いた超高圧実験と計算科学の協奏的構造探索

Keywords

放射光,超高圧,構造探索,ダイヤモンドアンビルセル,第一原理計算

Overview

ダイヤモンドアンビルセルによる300GPa, 5000Kまでの広大な圧力・温度空間による物質探索を遂行する技術を有する。その中で、膨大な結晶構造・組成対象を取り扱うことができる、一方、目標物質に最短で到達するためには、データ計算科学、すなわちインフォマティクスとの協業が必須である。近年では、高機能物性を示す物質提案はデータ科学から先導されることも多い。結晶構造のみならず、界面・欠陥制御において、データ科学によるスクリーニングを積極的に利用する。また、高圧基盤技術を高スループット化の観点から俯瞰することで改善し、実験データ蓄積と計算・データ科学との協奏により研究効率化をはかっている。

Novelty and originality

広大な超高圧・高温下の合成場におけるターゲット構造の的確な抽出が可能
第一原理計算・データ科学との協奏研究により効率的構造探索が可能に
先端放射光技術の利用による構造精密化と高スループット化のための高圧用回折計の開発
実験データの蓄積による新たな構造ー機能相関の構築と計算科学へのフィードバックによる構造安定性の検証

Details

image

理論計算から予測される高機能物性を持つ構造・化合物に対して、極めて広範な温度・圧力領域で実証実験を行うことが可能である。レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルは、このような目的に対し最も適したツールである。たとえ極微量の試料容積であっても、先端放射光からの高強度X線源の利用により、高圧下での構造を解き明かすことができる。そのための、技術開発も継続的に行っている。高圧実験では、計算予測外の構造が発掘されることも多い。その際は、再度、その構造に関して安定性の検証を理論計算から行う。このようにして、イットリウム窒化物やスカンジウム酸化物についての新しい構造が見いだされている(図の右論文表紙参照)。このような物質探索手法は、計算科学の発展と共に、様々な機能性物質の発掘に大きな役割を果たしていくと思われる。

Summary

高密度構造および硬質機能―構造相関の追究による、超硬質切削材料候補の提示。
多様な配位構造・結晶サイトを有する構造への発光元素付与による蛍光体材料探索。
高圧構造緩和から形成される、準安定・非対称性結晶構造の系統的探索。

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