IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2017/02/27

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    藤田伸尚 Nobuhisa FUJITA
    助教 Assistant Professor
  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    新機能無機物質探索研究センター
    Center for Exploration of New Inorganic Materials (CENIM)
  • 研究キーワード
    Research Keywords

    準結晶
    準周期タイリング
    構造解析
    量子現象
    Quasicrystals
    Quasiperiodic tilings
    Structure analysis
    Quantum phenomena
研究テーマ
Research Subject
準結晶構造の幾何学模型に関する理論的研究とそれに基づく構造安定性及び物性の解明
Geometrical modeling of quasicrystals and structure-based studies on the stability and physical properties of quasicrystals

研究の背景 Background

準結晶は非周期性と長距離秩序を併せ持つ固体物質であり,適切な合金組成において自発的に生成する金属間化合物として数多く見いだされている.正二十面体準結晶は正二十面体対称クラスタによる空間充填構造として理解され,クラスタ同士が互いに原子を共有しながら結合しそれらが準周期的に配列したものと考えられる.このような構造を解明し議論する上で,準周期タイル張り模様の幾何学が重要な役割を果たしている.

Quasicrystals are solid-state materials that lack periodicity but maintain long-range order, and are often found as intermetallic compounds with appropriate compositions. Icosahedral quasicrystals in particular are understood as composed of icosahedrally symmetric clusters, which arrange themselves to form a quasiperiodic lattice. Geometrical study of quasiperiodic tilings plays an essential role in deciphering the structural properties of quasicrystals.

研究の目標 Outcome

X線回折データを用いた構造解析と準周期タイル張りを用いた数理的アプローチを組み合わせることで,未解明の正二十面体準結晶の構造を解明し,得られた理論的知見を準結晶の構造形成メカニズムや様々な物理的性質に関する研究につなげることを目指している.例えば,アルミ基合金で見いだされた単位胞当たり四千個以上もの原子を持つ複雑な近似結晶の構造を解析し,得られた知見からアルミ基正二十面体準結晶の構造に対する新しい見方を提案した.また,自己組織化現象による物質構造形成や物質構造のトポロジーに起因する様々な量子現象にも興味がある.

My current goal is to elucidate the detailed structure of icosahedral quasicrystals by combining the mathematical studies of quasiperiodic tilings with crystallographic analyses of real materials, in view of that reliable knowledge on the structure is essential in understanding of their formation process as well as physical properties.

研究図Research Figure

Fig.1. Crystal structure of a new approximant phase to F-type icosahedral quasicrystal in Al69.4Pd22.3Cr2.2Fe6.1 alloy [1]. Fig.2. Non-equilibrium growth process of dodecagonal quasicrystal discovered in a mesoporous silica system is reproduced using a computer simulation [2]. Fig.3. Theoretical studies on quasiperiodic tilings in two- and three-dimensions (2009~, cf.[4]).

文献 / Publications

[1] N. Fujita, H. Takano, A. Yamamoto, and A.-P. Tsai, Acta Cryst. A 69, 322-340 (2013)
[2] C. Xiao, N. Fujita, K. Miyasaka, Y. Sakamoto, and O. Terasaki, Nature 487, 349-353 (2012)
[3] N. Fujita, S. Kikuchi and A.-P. Tsai, Solid State Sciences 13, 698-705 (2011)
[4] N. Fujita, Acta Cryst. A 65, 342-351 (2009).

研究者HP