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 2021/05/04

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    真木祥千子　Sachiko MAKI
    講師　Lecturer

  • 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

    プロセスシステム工学研究部門　ハイブリッドナノ粒子プロセス研究分野
    Division of Process and System Engineering, Hybrid Nano-particle

  • 研究キーワード
    Research Keywords

    放射光を用いた単結晶/粉末X線回折、XAFS計測
    MEM/Rietveld解析
    熱電変換材料、ナノ粒子材料など機能性材料の機能-構造相関
    single-/powder-crystal XRD measurement, XAFS measurement
    Maximum entropy method (MEM)/Rietveld analysis
    structure/property correlation in functional materials
研究テーマ
Research Subject
先端放射光計測によるナノスケールの構造・機能相関の多元的可視化
Multimodal visualization of nano-scale structure/property ensemble by advanced synchrotron radiation measurement

研究の背景 Background

機能性材料の実用性を高めるため、「相反する機能の精緻な制御」が材料開発に求められている。例えば、熱電材料では、高い電気伝導度と低い熱伝導度を同時に実現し熱電変換の高性能化が必要となる。そこでは、従来の結晶構造のようなミクロな平均的構造と機能との相関だけではなく、非化学量論性による欠陥、不均一組織、構造揺らぎなど、メソスケールの構造情報を多元的に可視化する先端放射光計測の開発が必要となる。構造と機能の多元的な相関をマルチスケールで解明するため、材料科学とデータ科学との融合も始まっている。

To improve practicality of functional materials, the “tuning of properties under trade-off state,” for example, high conductivity and low thermal conductivity in the thermoelectric materials, is essential in materials sciences. The development of the multimodal measurement system using synchrotron radiation (SR) requires not only the average atomic arrangement as crystal structure, but also other information related with non-stoichiometric effect as defects, heterogeneous tissue, structural fluctuation, etc.

研究の目標 Outcome

放射光による精密構造解析（単結晶・粉末試料）に加えて、吸収分光および光電子分光の測定から得られる電子状態の情報を活用し、電子構造と統合した構造情報の可視化を行う。それを、コヒーレント光を活用したタイコグラフィーの可視化により、メソスケール（10 nm程度）の構造乱れと電子状態の相関計測へマルチスケール化し、データ科学との融合により、巨視的サイズでの実用機能の設計指針をあたえることができる実用材料設計ツールを開発する。

(1) Visualization of information on the materials’ structure and electronic state by combining data from SR-xray diffraction, xray absorption spectroscopy, and photo emission spectroscopy. (2) Visualization of the correlation among properties, microscopic non-uniform structures, and their electronic states from the atomic scale to mesoscale crystalline field by utilizing xray ptychography.

研究図Research Figure

Fig.1. Profile fitting result by MEM/Rietveld refinement of Mg3Sb2-based thermoelectric material. (a) w/o Bi doping, (b) w/ Bi doping.

Fig.2. Temperature dependence of isotropic thermal factors.

Fig.3. The MEM charge densities of Mg3Sb2-based thermoelectric material. (a) w/o Bi doping, (b) w/ Bi doping, (c) 1D section profile aling c’-line.

文献 / Publications

Supercond. Sci. Technol. 31, 105002-1-105002-6 (2018), Phys. Rev. Lett. 31, 065701-1-065701-5 (2017), Phys. Rev. B 96, 125116-1-125116-5 (2017), Phys. Rev. B 96, 145101-1-045101-5 (2017), Phys. Rev. B 93, 121101-1-121101-5 (2016), Sci. Rep. 6, 39646-1-39646-6 (2016), J. Am. Chem. Soc. 135, 918-923 (2013)

研究者HP