はじめよう固体の科学

電池、磁石、半導体など固体にまつわる話をします

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水素吸蔵合金:水素を作っても蓄えなきゃ意味がない

水素吸蔵合金は、その名の通り水素の吸蔵が可能な合金材料であり、輸送・貯蔵の簡易さから注目を集めています.材料によっては、自身の体積の1000倍もの水素を吸うことができます.

“Absence of superconductivity”の一覧:なぜ超伝導が出ないことが面白いのか

新しい超伝導体の報告は喜ばしいものであり、多くの物理学者の関心を引きます.しかし、中には“Absence of superconductivity in …”と、超伝導が出ないことが題名で主張している論文があります.超伝導が出ないことの何が面白いのでしょう.「超伝導が出ない…

ペロブスカイト太陽電池:新世代の太陽電池は何が画期的なのか

ペロブスカイト太陽電池は2010年代から研究が活発化している、全く新しいタイプの太陽電池です.低温・塗布で作成可能にも関わらず変換効率が高く、新時代の太陽電池と目されています.世界中で基礎・応用問わず研究の一大ムーブメントが起きており、連日数…

色素増感太陽電池:化学と物理をつなぐ湿式太陽電池

シリコン太陽電池に代わる太陽電池を目指して、開発研究が進められています.色素増感型太陽電池は、シリコン太陽電池とは大きく異なる発電メカニズムに基づきます.化学反応を利用し、安価・簡便な製造が可能ですが、安定性や発電効率にはまだ課題が残され…

太陽光のエネルギー

化石燃料からの脱却が必要とされる現代では、事実上無尽蔵の太陽光は非常に魅力的なエネルギー源であり、太陽光の数%のエネルギーでも有効に活用できれば、化石燃料の心配のいらない世界が実現するかもしれません.我々の世界には太陽光発電をはじめとして…

マーデルングエネルギー:イオン結晶の安定性とその応用

イオン結晶中の静電エネルギーを計算したものが、今回の主題であるマーデルング定数です.マーデルング定数の計算では、あるイオンの周りにあるイオンによる静電エネルギーを全て足し合わせることによって構造の安定性を判断します.

三角格子、カゴメ格子、ハニカム格子.... :様々な磁気格子と磁気フラストレーション

世の中には、正方格子や三角格子だけでなく、多種多様な格子が考案され、現実の物質で実現しています.単純な磁気秩序だけではなく,時として量子スピン液体、スピンアイス、スピングラスなど時にエキゾチックな磁気物性の舞台となることが知られています.…

サマコバ磁石:かつての最強磁石

希土類磁石は、希土類元素と遷移金属元素の合金(あるいは金属間化合物)磁石と定義され、しばらく新材料の途切れていた磁石業界復権の鍵となりました.サマコバ磁石は、最初に発見された実用的な希土類磁石です.

ポーリングの原理:結晶構造が成り立つためのルールとその現実

イオン結合性の物質において、どのような結晶構造が実現するか、あるいは実現しないかを明示した5つの経験則をポーリングの原理と呼びます.ポーリングの原理では、結晶構造中でカチオン(アニオン)がどのような局所構造にあるかを規定します.

ネオジム磁石:現代文明を支える最強の磁石

現在の磁石の頂点に座しているのがネオジム磁石です.ネオジム磁石の性能他の磁石の追随を許しません.ネオジム焼結磁石の生産量は年10万トンを超え、しかも年々生産量が増大しています.現在の磁石の市場は、安く低性能なフェライト磁石と高価で高性能なネ…

チタン酸バリウム(BaTiO3):誘電体界に君臨する「驚異のチタバリ」

チタン酸バリウムは代表的な誘電材料(電気を蓄える材料)であり、その優れた誘電性、強誘電性、圧電性により、セラミックコンデンサやサーミスタ、圧電素子など様々な用途に使用されています.

HSAB則:化学における硬さと軟らかさ

化学に登場する酸と塩基、特にルイス酸・ルイス塩基には硬さの概念があります.酸と塩基の親和性の傾向を明らかにし、固体の結晶構造を形作るのに大きな役割を担います.

様々なホール効果:とりあえずホール効果って名前つけとけばいいかの精神

世の中にはホール効果によく似た現象が数多くあります.すなわち、運動する荷電粒子が何らかの原因によって運動方向に対し曲がり、電場が蓄積する現象です.これらの現象はホール効果と関連付けられ、〇〇ホール効果と呼ばれる場合が多いです.

ホール効果:電流と磁場とキャリアの関係

導体に電場をかけると電流が流れます.ここに磁場をかけるとキャリアの経路が曲がり、電荷が導体の一方の面に集まります.この際、導体の一方の面にはキャリアと同じ電荷が集まり、もう一方の面ではキャリアが不足してキャリアと反対の電荷が現れます.

酸水素化物:水素アニオンを取り込んだ新しいセラミックス(2)

安定な酸化物と不安定な水素化物.一見相反するようですが、この二つの機能を融合することを可能にした物質が酸水素化物であり、酸化物と水素化物双方に見られない特性が知られています.

酸水素化物:水素アニオンを取り込んだ新しいセラミックス(1)

一つの物質中に酸素アニオンと水素アニオンの両方のアニオンを含む物質が数多く知られ、酸水素化物と呼ばれます.安定な酸化物と不安定な水素化物を組み合わせた物質はどのような性質を示すのでしょうか.

ヒドリド(Hydride):水素の陰イオンとその高い反応性

水素は、最もありふれた元素でありながら非常に特殊な元素でもあり、正と負のいずれの電荷の状態をとることができます.陰イオン(アニオン)となった水素をヒドリド(Hydride)と呼び、強い還元力、強い塩基性、高い圧縮性を示します.

グラフェン:世界一薄い究極の二次元材料

グラフェンは、炭素原子がハニカム状の二次元層を組んだ、原子一層分の厚みしか無い究極の二次元材料です.革新的な材料であるにも関わらず、黒鉛(グラファイト)をセロテープで剥がすという冗談のような方法で製造されました.

固体における孤立電子対:見えないけれど確かにそこにいる

孤立電子対(非共有電子対)は、目には見えませんが分子の形状や水素結合の形成を通じてその存在をアピールしてきます.孤立電子対の役割は構造を歪ませるだけではなく、様々な物性に顔を出します.

スピネル構造:複雑な構造と多様な物性

スピネルとは、マグネシウム(Mg)とアルミニウム(Al)からなる酸化物の天然鉱物であり、MgAl2O4の組成で表されます.スピネルの結晶構造をスピネル構造とよび、AB2O4の組成を持つ三元系物質でよく見られます.酸化物だけではなく、硫化物や窒化物でもスピ…

ハイエントロピー合金:全く新しい合金材料

これまでの合金はメインとなる元素を決めていましたが、ハイエントロピー合金では主役を定めず、複数の元素を比較的高濃度(多くは等濃度)で混合します.ハイエントロピー合金は、従来の合金よりも強度に優れるとされるほか、従来の合金では見られない様々…

固体における仕事関数、イオン化エネルギーと電子親和力

半導体はバンドギャップで区分されますが、伝導バンド・価電子バンドの相対位置も同じくらい重要です.電池の電極材料や太陽電池などでもバンド位置は常に意識されます.

仕事関数:物質から電子を剥がしたい

仕事関数は「バルク材料(固体または液体)」の電子を一つ取り除くのに必要なエネルギー量」を意味します.仕事関数の大小によって物質の反応性や安定性を評価することが可能になります.

イオン化エネルギーと電子親和力:そもそもどうやって測定するの?

イオン化エネルギーと電子親和力はは決して教科書の中だけの存在ではなく、物質の性質を予想するなど実用的な面を持った極めて基礎的なパラメータです.

リチウムイオン電池の負極材料:金属リチウムの代わりを見つけよう

負極は二次電池にとって重要な要素であり、電池全体の性能に大きな影響を与えます.新しい負極材料の開発では、これらの容量低下要因を抑制し、安全性・安定性・サイクル特性に優れた材料を選定する必要があります.

リチウムイオン電池の正極材料:インターカレーションと金属酸化物

リチウムイオン電池はのエネルギー密度に影響を与えているのが正極材料です.現在、正極材料として使用されている材料は主として金属酸化物であり、大きく3種類のグループに分けられます.

リチウムイオン電池:現代社会を支える最強の電池

リチウムイオン電池は高いエネルギー密度、高い電圧、長寿命、高安定性を併せ持ち、従来の二次電池とは一線を画します.リチウムイオン電池はある一つの大発明から生まれたわけではなく、多くの人が関わり築き上げたものを合体させることで可能になった、人…

ヤーン・テラー効果:電子数と配位の歪み

金属の配位構造において、金属イオンがある特定の数のd電子を持つ場合にのみ特異的に多面体が歪む場合があります.このような現象の一つがヤーン・テラー効果(Jahn–Teller effect)です.

結晶場理論と配位子場理論

d電子は金属イオンの種類によって数が異なり、全部で5つの軌道に収納されます.配位子のない状態では5つの軌道は互いにエネルギーが等しい(縮退している)ですが、それぞれ軌道の広がる方向が異なるため、配位子があるとエネルギーにズレが生じて状態が…

無料で読める学術誌:誰でも最先端の研究に触れられる!

世の中にはオープンアクセス論文というものがあります.オープンアクセス論文はいつでも誰でも無料で読むことができます.今回は、固体科学分野のうち、特に質の高いオープンアクセス論文誌を紹介します.