KAWAJI LAB
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研究内容

研究概要

川路研究室では,材料の機能性発現機構にかかわる構造と物性の相関,とりわけ相転移現象に着目して, 物性物理化学的立場から基礎的研究を行っています.結晶中の物理的・化学的純度と微視的構造に基づき, 誘電特性,磁気特性,電子・イオン伝導性,超伝導性,分子間相互作用などの特性を理解し,相転移機構を解明しています. 調製条件を高度に制御した試料について,世界最高精度の断熱型熱量計による精密熱容量(比熱)測定をはじめ, 誘電率および磁化率測定,放射光X線回折・中性子回折及び非弾性散乱実験,さらに種々の分光学的手法により 結晶中の原子・分子運動の詳細や構造と物性の相関を明らかにすることを目指しています.

研究テーマ

  1. 誘電体結晶の相転移現象
  2. マルチフェロイクスの磁気的,誘電的および熱力学的性質
  3. 冷凍機を用いた極低温物性研究
  4. プロトン伝導体の動的挙動
  5. ガラス転移機構とダイナミクスの解明
  6. ナノ細孔を有する金属錯体への分子吸蔵機構の解明
  7. 機能性材料における格子振動と相転移に関する物理化学的研究
  8. その他の研究テーマ

誘電体結晶の相転移

種々の誘電体結晶における逐次相転移現象,なかでも(反)強誘電性,強弾性,圧電性, これらの性質をもたらす構造変化がナノスケールに抑制されたまま凍結することにより 生じるリラクサー性,さらにはある自由度(分子の配向など)の周期が結晶の並進対称性と 整合しないインコメンシュレート相の発現などに注目し,原子・分子運動と相転移機構の 解明を目指した研究を行っている.物質の標準エンタルピー,エントロピー, ギブズエネルギーなどの熱力学諸関数の絶対値を決定するとともに,誘電率測定や分光学的手法を 駆使して総合的な研究を展開している.

マルチフェロイクスの磁気的,誘電的および熱力学的性質

工事中

冷凍機を用いた極低温物性研究

物質は温度や磁場など環境を変化させることでさまざまな物性を示す. 特に人が容易に到達できない極限状態では,さまざまな現象が観測されている. 本研究室では希釈冷凍機および超伝導コイルを用いてmKオーダーの極低温,12Tの高磁場 という複合極限状態を作りだし,機能性材料をはじめとするさまざまな物質の構造と その物性の相関に関する研究を行っている.

プロトン伝導体の動的挙動

熱容量は本来熱力学的平衡状態で定義される静的物性量であるが,ガラス転移などの緩和現象が 関与すると周波数依存性(分散)が現れる。これを観測できる熱容量分光法を開発し,また誘電率との 同時測定を可能として,種々の分子性液体をはじめ,液晶および高分子材料などのガラス形成物質に 応用している.さらに赤外・ラマン分光法などによる実験や計算機シミュレーションを行い,異性体間 の相違や分子間相互作用の点からその緩和機構を解明する研究を進めている.

ガラス転移機構とダイナミクスの解明

熱容量は本来熱力学的平衡状態で定義される静的物性量であるが,ガラス転移などの緩和現象が関与すると 周波数依存性(分散)が現れる.これを観測できる熱容量分光法を開発し,また誘電率との同時測定を可能として, 種々の分子性液体をはじめ,液晶および高分子材料などのガラス形成物質に応用している. さらに赤外・ラマン分光法などによる実験や計算機シミュレーションを行い,異性体間の相違や分子間相互作用 の点からその緩和機構を解明する研究を進めている.

ナノ細孔を有する金属錯体への分子吸蔵機構の解明

ナノ細孔を有するジカルボン酸金属錯体は非常に多量の分子を吸蔵・脱離することができるため,分子ふるい, 化学反応の場,触媒などの様々な分野で応用が期待されている.そこでジカルボン酸銅錯体など一連の有機金属錯体 を合成し,熱力学的立場から分子吸蔵特性を調べるとともに,磁化率測定,粉末X線回折による構造解析, 計算機シミュレーションなどを駆使して分子吸蔵機構の解明を目的とした総合的研究を展開している.

機能性材料における格子振動と相転移に関する物理化学的研究

ダイヤモンドおよびこれに比肩し得る物性が期待されているcBN,さらにグラファイトおよびhBNについて精密な 熱物性測定値を得るとともに格子力学に基づき詳細な解析を進め,機能性との相関を明らかにしている. また酸化物超伝導体,有機超伝導体および関連化合物などについても,分子運動と相転移現象の詳細を解明するため, 精密熱容量測定および高磁場中熱容量測定などにより,基礎的研究を行っている.

その他の研究テーマ

他にも阿竹・川路研究室で扱っている研究テーマには以下のようなものがある.