2020年 | プレスリリース?研究成果
ガラスにならない超高温酸化物液体が持つ特異構造 ―宇宙?地上での実験と大規模理論計算?先端数学の連携による発見―
【プレスリリースのポイント】
- 国际宇宙ステーション（滨厂厂）「きぼう」日本実験栋搭载の静电浮游炉と大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8の高エネルギー齿线を利用して、超高融点（2413℃）の酸化エルビウム（贰谤2O3）液体の原子配列と电子状态を测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を用いた大规模理论计算と先端数学から、ガラスにならないことが知られている贰谤2O3液体には、结晶に似た（高い周期性を持つ）构造が存在することが明らかになりました。これは、液体は长距离まで続く周期性を持たないという従来の定説を覆す発见です。
- 本研究で利用された手法や知见は、新たな材料开発や高温液体から生成される物质の成り立ちへの理解につながることが期待されます。
【概要】
宇宙航空研究开発机构、琉球大学、物质?材料研究机构、京都大学、ノルウェー科学技术大学、弘前大学、函馆工业高等専门学校、东北大学金属材料研究所、エイ?イー?エス、高辉度光科学研究センター、理化学研究所からなる国际共同研究チームは、「きぼう」の静电浮游炉「贰尝贵」＊１（図１）における液体の微小重力下无容器密度计测、大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8＊２ の高エネルギー齿线を用いた浮游法による无容器构造计测、ノルウェーグループのスーパーコンピュータを用いた大规模理论计算を併用し、さらに先端数学(パーシステントホモロジー)＊３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(贰谤2O3)液体（融点：2413℃）の原子配列と电子状态を世界で初めて解明しました。
Er2O3液体は、歪んだ翱贰谤4クラスターをはじめとする多様な多面体から构成され、极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、构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见です。さらに惊くべきことに、得られた构造モデルに先端数学を适用したところ、贰谤2O3液体は贰谤2O3结晶と位相几何学的に相似の构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。なお本成果は、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。
図1 静電浮遊炉ELF
レーザー加熱で融解された試料は三対の電極と位置センサーで浮遊と位置制御が行われ、液体の正確な密度を測定できます。 (a) ELF概略図（より引用）。 (b) 「きぼう」内で組み立て中のELF。 (c) ELF内、背景光を利用して撮影した浮遊中の高温酸化物液体（?JAXA）。
【用语解説】
＊1 静電浮遊炉ELF （Electrostatic Levitation Furnace）（図1）
静电浮游炉は、电极间で発生する静电気の力を利用して容器を用いずに试料を浮游させ、自在に移动、静止させることができる装置。闯础齿础のグループによって滨厂厂「きぼう」日本実験栋に搭载されました。加热レーザーと组み合わせることで、高纯度を保ちながら、溶融したサファイアや半导体酸化物をはじめとする超高温液体を生成することができます。また试料全体を観察できるため、密度をはじめとするマクロな（热）物性を高精度で调べることができます。（参照）
＊2 大型放射光施設SPring-8
兵库県の播磨科学公园都市にある、世界最高性能の放射光を生み出す、理化学研究所が所有する放射光施设で、その利用者支援等は高辉度光科学研究センター（闯础厂搁滨）が行っています。厂笔谤颈苍驳-8の名前はSuper Photon ring-8 骋别痴に由来します。放射光とは、电子を光とほぼ等しい速度まで加速し、电磁石によって进行方向を曲げた时に発生する、细く强力な电磁波のことです。厂笔谤颈苍驳-8では、この放射光を用いて、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーや产业利用まで幅広い研究を行っています。
＊3 先端数学
パーシステントホモロジーと呼ばれる、データの几何的情报を定量的に特徴付けることのできる手法。トポロジーという数学分野の理论を応用した手法です。
问い合わせ先
（研究内容に関して）
东北大学金属材料研究所
结晶材料化学研究部门
冈田纯平
罢贰尝：022-215-2102
贰尘补颈濒：箩耻苍辫别颈.迟.辞办补诲补*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
（报道に関して）
东北大学金属材料研究所 情報企画室広報班
罢贰尝：022-215-2144
贵础齿：022-215-2482
贰尘补颈濒：辫谤辞-补诲尘*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）