国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院工学研究科の片山 尚幸 准教授、小島 慶太 大学院博士前期課程学生 (兼 高輝度光科学研究センター 外来研究生)、 田村 慎也 大学院博士前期課程学生 (当時)、澤 博 教授 (兼 高輝度光科学研究センター 外来研究員)らの研究グループは、名古屋大学 未来材料・システム研究所の齋藤 晃 教授と服部 颯介 大学院博士前期課程学生、千葉大学大学院理学研究院の太田 幸則 教授と山口 伴紀 大学院融合理工学府博士後期課程学生、慶應義塾大学理工学部の杉本 高大 助教、高輝度光科学研究センターの小林 慎太郎 博士研究員、尾原 幸治 主幹研究員との共同研究により、リチウム、バナジウム、硫黄からなる無機結晶が、柔粘性結晶のような格子ダイナミクスを示すことを発見しました。原子が規則的に整列した固体結晶の中には、低温に下げると格子が自発的に変形して規則的なパターンを形成するものが存在します。こうした特徴的なパターンは低温でのみ安定に存在し、相転移温度という特徴的な温度を超えると消失すると思われていました。今回研究対象としたリチウム、バナジウム、硫黄からなる無機結晶では、バナジウムが平面状の三角格子を形成しており、相転移温度以下では、隣り合う3個のバナジウム原子が寄り集まった三角形のモチーフが三角格子の至るところで現れます。片山 准教授らは相転移温度以上におけるバナジウムの配列を放射光X線や電子線を用いて詳しく調べたところ、様々な方向に延びたバナジウムのジグザグ鎖がサブマイクロメートルオーダーの広がりをもって無秩序に現れており、電子線照射下ではこのジグザグ鎖の延びる方向と空間的な広がりが秒単位で変化することを突き止めました。このように、ジグザグ鎖の延びる方向が時間依存して変化する現象は、ソフトマターの一種である柔粘性結晶に分類される特徴であり、本研究は『無機柔粘性結晶』という新たな機能性材料開発の方向性を示すものです。
この研究結果は、英国科学誌「Nature」系列の専門誌『npj Quantum Materials』電子版に2021年2月18日付けで掲載されました。
この研究は、日本学術振興会・科学研究費助成事業(No. JP20H02604, JP17K05530, JP19K14644, JP17K17793, JP20H01849, JP19J10805)の支援を受けて実施されました。放射光実験は、SPring-8とあいちシンクロトロン光センターの共用利用課題で行われました。
〇 相転移温度以下で現れる三角形のモチーフとは異なるジグザグ鎖のモチーフが、相転移温度以上で不規則なパターンをもって現れることを発見。
〇 電子線照射下において、ジグザグ鎖のパターンが秒のオーダーで方向と空間的な広がりを変化させるダイナミクスを観測。
〇 『無機柔粘性結晶』という新しい機能性材料実現への道を拓く。
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雑誌名: npj Quantum Materials
論文タイトル: Slow dynamics of disordered zigzag chain molecules in layered LiVS2 under electron irradiation
（層状LiVS2において電子線照射下で現れる無秩序ジグザグ鎖分子のスローダイナミクス）
著者: Naoyuki Katayama, Keita Kojima, Tomoki Yamaguchi, Sosuke Hattori, Shinya Tamura, Koji Ohara, Shintaro Kobayashi, Koudai Sugimoto, Yukinori Ohta, Koh Saitoh, Hiroshi Sawa
DOI: 10.1038/s41535-021-00313-w
