アモルファスクラスレート水和物の構造とダイナミクス
【研究分野】生物物理・化学物理
【研究キーワード】
アモルファス / クラスレート水和物 / 水素結合 / 疎水性水和 / 中性子散乱 / 熱容量 / 構造 / 低エネルギー励起
【研究成果の概要】
本研究に必要な装置として、混合ガスを蒸着するための蒸着ラインを作製した。さらに、英国のラザフォード・アップルトン研究所に設置されたMARI分光器による実験を行うため、これまでに使用していた蒸着試料用中性子散乱クライオスタットの大幅な改造を行った。
実験としては、Xe、SF_6、CD_4、Arの気体アモルファスクラスレート水和物を上記の装置を用いて作成し、in situの中性子散乱実験を行った。中性子散乱実験は高エネルギー加速器研究機構の中性子回折装置(HIT)、中性子小角散乱装置(SWAN)、非弾性散乱装置(LAM-D)を用いた。さらに、英国のラザフォード・アップルトン研究所のMARI分光器により、可干渉性非弾性散乱の実験を行った。
回折実験、小角散乱実験から、ゲスト量を増やすことおよびゲストサイズを大きくするにより、疎水性水和効果を通じてケージ状構造の形成および水素結合構造の強化が起こることが分かった。また、アモルファスクラスレート水和物の温度を上げていくと、氷にではなく、水和物結晶に結晶化することが分かった。非干渉性非弾性散乱実験からは、水素結合形成に伴って低エネルギー励起強度が減少することが分かった。中性子可干渉性非弾性散乱の結果からは、アモルファス氷とアモルファスXe水和物にフォノン分散的な励起が観測され、アモルファス状態においても、擬似的なブリルアンゾーンが存在することが明らかになった。
以上のように、アモルファスクラスレート水和物という新しい物質を作成し、様々な中性子散乱実験を行うことにより、その構造とダイナミクスを総合的に理解することができた。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2004 - 2005
【配分額】3,700千円 (直接経費: 3,700千円)