ガラス原子配列への秩序度の導入とその制御

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本研究の目的は，原子配列に高い秩序性のあると想定されるガラスを合成し，その秩序性を定量評価する方法論を構築することである．秩序性の高いガラスを得るためには，従来型ガラスのようなネットワーク成分を含まない組成を無容器法で合成したり，あるいはガラスを高温高圧で後処理したりする方法が有効である．秩序性を定量評価する実験的手法としては，回折や光学吸収スペクトルなどがあり，解析的手法としてはパーシステントホモロジーや還元原子配列マップの利用がある．今年度は高秩序ガラスとして新たに，希土類モリブデン酸塩ガラスと，高密度シリカガラスを得た．無容器法で合成した希土類モリブデン酸塩ガラスについては，ガラス化範囲を確定し，熱物性や密度，光学スペクトルを取得した．Raman散乱やMo K-edge EXAFS，La L3-edge XANESなどの分光学的手法によって構造解析を行ったところ，同組成の結晶La2Mo3O12とほぼ同じ原子配列を有していることが明らかとなった．結晶中のMoは孤立したMoO4四面体として存在していることを考えると，希土類モリブデン酸塩ガラスでもMoO-Moのようなネットワークは存在していないことが強く示唆される．放射光X線回折実験で得られた全相関関数においても，ガラスと結晶の原子配列類似性を強く示唆する結果を得た．従来のガラス科学には当てはまらない興味深いガラスと言える．放電プラズマ焼結SPSで合成した高密度シリカについては，その原子配列の秩序度が，SPSのプロセスや試料中の位置に依存することがわかった．さらに還元原子配列マップを描画するソフトウェアの開発も進んでおり，これまでの処理時間を大幅に短縮することが可能となった．