準結晶と不整合変調構造の両方の特徴を持つ非周期結晶構造を発見：研究開発の最前線

東京工業大学らは、準結晶と不整合変調構造の特徴を持つ非周期結晶構造を発見した。また、超空間の枠組みを応用し、貴金属比準結晶タイリング以外の不整合変調構造でも包括的な理論が構築できることを確認した。

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　東京工業大学は2024年7月12日、準結晶と不整合変調構造の両方の特徴を持つ、非周期結晶構造を発見したと発表した。名古屋大学、豊田理化学研究所、近畿大学との共同研究による成果だ。

　非周期結晶の非周期性は、原子配列が無理数比によって特徴付けられる自己相似構造を持つ準結晶と、結晶の無理数倍の周期を有する外場などによって変調された不整合変調構造に区別される。従来、準結晶と不整合変調構造は、相反する構造と考えられていた。

　研究チームは、大小の六角形と平行四辺形が任意の貴金属比を自己相似比として持つ、6回対称貴金属比準結晶タイリングの構造因子を解析した。自然数kの増加と共に、大きな六角形が連結したドメインが増え、kの値が無限大に近づいた発散極限でハニカム格子を形成する。同研究では、このハニカム格子が平行四辺形で構成されるドメインウォールによる変調と見なせることを明らかにした。

6回対称貴金属比準結晶タイリング。貴金属比の発散極限において、ハニカム格子に収束する。黄色で示される平行四辺形がドメインウォールを成している［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学

　k＝1では準結晶の性質が強く現れ、kが大きくなるにつれて、周期的に配列するメインピークと、その周りに不整合変調構造に帰結する不整合なサテライトピークが存在する。つまり、6回対称貴金属比準結晶タイリングは、準結晶と不整合変調構造の性質を併せ持つと考えられる。

6回対称貴金属比準結晶の回折パターン［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学

　また、ハニカム格子での超空間の枠組みを応用することで、超空間における結晶格子構造を得られた。これにより、貴金属比準結晶タイリングだけでなく、高分子実験やコロイドシミュレーションの不整合変調構造においても包括的な理論構築が可能であることを確認した。

不整合変調構造を有する分子配列と6回対称貴金属比準結晶タイリングの関係。青色と黄色の三角形は三角ドメインの異なる向きに対応している［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学

　非周期結晶構造は、材料に新しい特性を付与できると見込まれている。今後、非周期性や高い対称性を生かした、準結晶や不整合変調構造の新規材料の探索に貢献することが期待される。

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