ポイント
- 国際宇宙ステーション（ＩＳＳ）「きぼう」日本実験棟搭載の静電浮遊炉と大型放射光施設ＳＰｒｉｎｇ－８の高エネルギーＸ線を利用して、超高融点（２４１３度）の酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）液体の原子配列と電子状態を測定することに世界で初めて成功しました。
- スーパーコンピューターを用いた大規模理論計算と先端数学から、ガラスにならないことが知られている酸化エルビウム液体には、結晶に似た（高い周期性を持つ）構造が存在することが明らかになりました。これは、液体は長距離まで続く周期性を持たないという従来の定説を覆す発見です。
- 本研究で利用された手法や知見は、新たな材料開発や高温液体から生成される物質の成り立ちへの理解につながることが期待されます。
宇宙航空研究開発機構、琉球大学、物質・材料研究機構、京都大学、ノルウェー科学技術大学、弘前大学、函館工業高等専門学校、東北大学金属材料研究所、株式会社エイ・イー・エス、高輝度光科学研究センター、理化学研究所からなる国際共同研究チームは、「きぼう」の静電浮遊炉「ＥＬＦ」における液体の微小重力下無容器密度計測、大型放射光施設ＳＰｒｉｎｇ－８の高エネルギーＸ線を用いた浮遊法による無容器構造計測、ノルウェーグループのスーパーコンピューターを用いた大規模理論計算を併用し、さらに先端数学（パーシステントホモロジー）を利用しながら、ガラスにならない液体として知られている酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）（融点：２４１３度）液体の原子配列と電子状態を世界で初めて解明しました。
酸化エルビウム液体は、歪んだＯＥｒ４クラスターを始めとする多様な多面体から構成され、極めて原子の充填率が高く、液体であるにもかかわらず高い周期性を持っていることが明らかになりました。これは、液体には、構造周期性がなくランダムであるという従来の定説を大きく覆す発見です。さらに驚くべきことに、得られた構造モデルに先端数学を適用したところ、酸化エルビウム液体は酸化エルビウム結晶と位相幾何学的に相似の構造が存在することが明らかになりました。
本研究で得られた高温液体構造に関する原子・電子レベルでの理解は、高温液体から生成されるガラスやセラミックス材料の開発や、高温液体であるマグマから鉱物が形成される過程、つまり地球の成り立ちの理解への道筋を示す重要な知見となり得ます。
本成果は、２０２０年６月２日（日本時間）に英国科学雑誌「ＮＰＧ Ａｓｉａ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」にオンライン掲載されました。
本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。
戦略的創造研究推進事業 さきがけ
| 研究領域 | 「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」 （研究総括：常行 真司 東京大学 大学院理学系研究科 教授） |
|---|---|
| 研究課題名 | 「機能性不規則系物質の原子・電子レベル構造解析基盤の構築」 |
| 研究者 | 小原 真司（物質・材料研究機構 先端材料解析研究拠点 主幹研究員） |
| 研究期間 | 平成２７年度～平成３０年度 |
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（５９２ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Very sharp diffraction peak in non-glass forming liquid with the formation of distorted tetraclusters”
- ＤＯＩ：10.1038/s41427-020-0220-0
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