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特集　量子ビームを用いたガラス・非晶質材料のナノスケール構造解析

近年，セラミックス材料科学の分野において，放射光や中性子といった大型実験施設の利用が拡大しています．さらに，これらの測定の結果から材料中のナノスケールの原子相関を解明する試みが精力的になされており，原子の配列や構造モデルの構築を目的として逆モンテカルロ法や理論計算の援用による解析も一般化しています．本特集では，放射光や中性子実験施設等を利用したマルチプローブ実験およびその解析手法の近年の発展を主題とし，ガラス・非晶質材料を中心として不規則な原子配列に潜むナノスケール構造に関する最先端の研究例を紹介します．　（特集担当委員：北村　尚斗）

■ ガラス・非晶質の原子配列を記述する　回折データを基にしたガラス・非晶質の構造解析

井上　博之

さまざまな対象における解析結果やモデルの構築を通して，この先の大きな飛躍に向けた基盤としていただきたい．その導入として，まず，極めて古いガラスの構造説・構造論を紹介する．

■ 中性子散乱の原理と中性子全散乱によるガラス・非晶質物質の構造解析

小野寺陽平・福永　俊晴

本稿では，ガラス・非晶質材料の構造研究に広く利用されている中性子散乱の基礎的な原理と中性子全散乱実験で得られる二体分布関数，そして逆モンテカルロ法を用いた構造解析手法について解説する．

■ 高エネルギーX線を用いた放射光X線全散乱装置

尾原　幸治

高エネルギーX線を利用した放射光X線全散乱測定は，ガラス・非晶質材料の不規則な原子配列について，実験的に直接観察できる重要な解析ツールである．本稿では，大型放射光施設SPring-8の当該装置および研究例を紹介する．

■ ランダム系の部分原子構造研究に用いるX線異常散乱法の進展

細川　伸也・イェンス　ルーディガー　シュテルホルン

非結晶物質の部分構造を解明するためのX線異常散乱測定の最近の進展をレビューした．X線異常散乱データと逆モンテカルロ・モデルの組み合わせは，部分構造の精度を極めて向上させた．典型的な実験例としてGe₂Sb₂Te₅相変化材料のアモルファス相の構造解析の結果を紹介する．

■ オングストロームビーム電子回折法による不均一非晶質酸化物の構造解析

平田　秋彦・今井　英人・陳　明偉

次世代電池電極材として期待されるナノ不均一アモルファス一酸化ケイ素（SiO）の構造モデリングをオングストロームビーム電子回折法，放射光X線散乱，および計算機シミュレーションを組み合わせることにより行った．

■ 無容器浮遊法を用いたガラスおよび高温融液の構造と物性

水野　章敏・増野　敦信・岡田　純平・石川　毅彦

ガラスの形成過程に関する知見を得るためには，前駆段階である高温融液の構造と物性との関連を明らかにする必要がある．量子ビームを用いた超高温融液の構造解析のために構築したガスジェット浮遊装置とそのガラス作製への応用例，さらに静電浮遊法による物性計測について紹介する．

■ 放射光によるSiO₂ガラスの構造と物性の高圧下その場観察

佐藤　友子・船守　展正

シリカガラスについての高圧実験の結果の多くは，実験者を驚かせるような不思議なものであった．それらの結果を紹介し，微視的な構造の観点から解説を試みる．

■ 第一原理分子動力学法による構造モデルの構築と実例─シリカガラスの永久高密度化の第一原理シミュレーション─

若林　大佑・龍王えみな・下條　冬樹

近年，非晶質物質を対象とした第一原理分子動力学法による計算機シミュレーションは，計算機の性能の向上とともに広く利用されつつある．シリカガラスの永久高密度化現象を例に，その特長について解説する．

■ 放射光を利用した非晶質酸化ニオブ薄膜の構造解析

桟敷　剛・岡野　寛・紅野　安彦・難波　徳郎

反応性スパッタリング法による酸化ニオブ薄膜の非晶質構造解析として，放射光を利用した測定実験を紹介する．スパッタリングガスの酸素濃度に依存した薄膜中のNb価数と配位構造の変化を捉え，非晶質構造モデル構築を試みた．

■ X線散乱と分子動力学シミュレーションによる硫酸系水溶液の構造解析

斎藤　吉広・徳田　一弥・井上　博之・増野　敦信

大容量二次電池の有力候補であるレドックスフロー電池において正極側の電解質として用いられるTiおよびMnを添加した硫酸水溶液に関し，X線散乱分析と古典分子動力学シミュレーションを組み合わせた構造解析を行った事例を紹介する．

■ 車載用蓄電池への応用を目的とした硫化物系Liイオン伝導体の創製

三井　昭男・尾原　幸治

RMC/DFTシミュレーションによって、電子伝導性を持たない固体電解質のガラス構造を構築．結果，全固体電池の出力に寄与する固体電解質のLiイオン伝導度に影響する因子を明らかにし，更なる向上指針が得られた．