image: X-ray scattering (white beem) image of local tetrahedral ordering formed by Si atoms (large yellow particles) in liquid silica (Si atoms are large particles and O atoms are small particles) by simulation. view more
Credit: 2019 Hajime Tanaka, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo
シリカやシリコンといったネットワーク形成物質をＸ線散乱や中性子散乱で解析すると、共通した散乱ピークが観察される。一番長波長側のピークは、FSDP (First Sharp Diffraction Peak)と呼ばれ、広く知られてきた。しかしながら、FSDPの起源をめぐっては、結晶のフラグメント、特異なかご状または層状構造、化学種の異なる原子の特異な準結晶的構造など、さまざまな説が提案されてきたが、何十年にもわたりコンセンサスがないまま混とんとした状況が続いてきた。今回、東京大学 生産技術研究所の田中 肇 教授、石 鋭（シー・ルイ） 特任研究員の研究グループは、FSDPが、液体中に生成される局所的正四面体構造の内包する電子密度の周期に起因することを発見した（図）。この発見は、シリカ、シリコン、ゲルマニウム、炭素、カルコゲナイドといった、人類にとって極めて重要な物質の液体状態において、Ｘ線散乱・中性子散乱実験で普遍的に観測される特異な散乱ピークの起源を解明したというだけでなく、「これらの液体の物性が、局所的に安定な正四面体構造の占める割合で説明可能である」という、二状態モデルの正当性を明らかにしたという意味でも、大きなインパクトがある。本研究成果は、人類にとって最も重要な、上述の正四面体構造形成傾向を持つ物質群の液体が示す、特異的な性質の理解に大きく貢献するものと期待される。
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本成果は２０１９年３月１日（米国東部時間）に「Science Advances」のオンライン速報版で公開される。
Journal
Science Advances