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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2023-01-01から1年間の記事一覧

太陽電池以外でのハライドペロブスカイトの活躍

ペロブスカイトは抜群の光特性を示します.さらに、作製が容易なペロブスカイトの特徴と相まって、様々な応用先が見つかることは必然でした.

ベント則:VSEPR則の限界を超えて分子の形を予測する(2)

ベント則を利用して、実際の分子の形をどのように理解可能かを見ていきます.

ベント則:VSEPR則の限界を超えて分子の形を予測する(1)

VSEPR則は、原子軌道や対称性を考慮しておらず、孤立電子対と結合電子対の違いを説明することができません.これらの問題点を解消するため、代わって発達した理論が今回紹介するベント則です.

脱アカデミアへの道~面接で実際に聞かれる(聞かれた)こと~

アカデミアでの就職と民間の転職活動は、流れこそ同じものの面接(口頭諮問)で聞かれる内容には大きな違いがあるように思います.

脱アカデミアへの道~応募から採用までの流れ~

民間の転職活動もアカデミアの転職活動もやることはあまり変わりません.転職活動の各ステップで具体的にどのようなことを行うかを見ていきます

脱アカデミアへの道~転職エージェントをうまく使え~

公募している企業とポジションを見つけて応募するという点ではアカデミアの転職と変わりませんが、民間での転職では転職エージェントという強力な武器を使用できます.

脱アカデミアへの道~アカデミア就職と民間就職の違い編~

民間への転職ってどうやればいいの?ここでは私個人の体験から得た脱アカデミアの方法を全4回にわたって記述していきます.

イルメナイト:コランダムとペロブスカイトをつなぐもの

イルメナイトとはチタンと鉄を含む鉱物の一種であり、金属チタン(Ti)や二酸化チタン(TiO2)の主要な原料として幅広く活用されています.

化学圧力:物理圧力とは異なる「化学的な圧力」の正体

化学圧力では、物質の組成や形態を制御する「化学的な手段」で物質内部に擬似的な圧力を与えます.物理圧力と違って高価な装置なしに簡便に実験が可能なほか、正・負の両方の圧力(物質の圧縮と膨張)をかけることが可能であり、物質を扱う広範な研究領域で…

窒化ガリウム(GaN):世界に激変をもたらした半導体

窒化ガリウムは電子の移動度が大きく、熱安定性が高く、エネルギー効率が高いなどのメリットを併せ持つため、電力変換などのパワーエレクトロニクス分野での利用が広がっています.

アナターゼ、ブルッカイト、ルチルの違い

酸化チタンには、いくつかの種類(多形)が知られています.結晶構造の違いに応じて、三種類の呼び名があり、それぞれアナターゼ、ブルッカイト、ルチルと呼ばれます.

CaAl2Si2型構造:熱電材料からトポロジカル磁性体まで

組成比が1:2:2の結晶構造として有名であるのがCaAl2Si2型構造です.伝統的に熱電材料として高い性能を示す物質が多く知られてきました.近年では、トポロジカル電子物性の舞台としても注目の結晶構造です.

リチウムイオン電池とコバルト

コバルトは鉄やマンガンと同じ第四周期の金属元素でありながら、それらとは桁外れに埋蔵量が限られています.これから先も継続してリチウムイオン電池の生産を行うためには、コバルトの使用量を減らすあるいはコバルトの生産量を増やさなくてはなりません.

ランタノイドとアクチノイド:周期表の縁の下の力持ち

周期表の最下部に佇む謎の元素たち.ランタノイドとアクチノイドと書かれてはいますが、それ以上の説明はなく、そのまま化学の授業は終わります.従来の化学教育では見過ごされがちですが、これらの元素には他の元素に負けないくらい有用で興味深い性質を示…

アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン:周期表の族の様々な呼び名

「アルカリ金属」「アルカリ土類金属」「ハロゲン」など、特定の族を示す呼び名は多くあり、同一の族に属する元素群はいずれも似たような性質を示します.

遷移金属ダイカルコゲナイド:三次元と二次元の両方の側面を持つ物質

層状構造を活かし、近年、原子一層だけを取り出すことが可能な二次元材料として期待されている物質群が遷移金属ダイカルコゲナイドです.

量子ドット:粒子を小さくすると起こる嬉しいこと

ナノ結晶が特異な光学的性質を示す要因は粒子サイズの減少による量子サイズ効果であるとされ、このような物理学的性質に着目した時のナノ粒子を量子ドットと呼びます.

磁化率の測定データをどのように解析・解釈すればよいか

磁気測定から得られる非常に重要なパラメータとして磁化率(帯磁率)があります.磁化率の温度依存性は様々ですが、それぞれをどのように見分ければよいでしょうか.

不動態:やる気を失った物質の意外な活用法

不動態とはなんでしょうか.「通常の金属が、当然示すはずである活性を失って、一見、貴金属(容易に化学的変化を受けない金属)であるかのように挙動する状態」とされ、不働態と呼ばれることもあります.

ナトリウムイオン電池:リチウムからナトリウムの時代へ

ナトリウムは周期表でリチウムのひとつ下に位置することからリチウムと性質が似通っており、一方でリチウムとは比較にならないほど安価です.リチウムをナトリウムに変えることができれば、資源問題から解放され電池を非常に安価に製造できる可能性がありま…

リチウム空気電池:リチウムイオン電池を超えうる究極の電池

もしリチウム空気電池が実現すれば、空気中に無尽蔵に存在する酸素を利用でき、軽量・安価・安全にも関わらずリチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度を有する「究極の電池」となりえます.

マグネタイト(Fe3O4, 磁鉄鉱):最古の磁石

人類にはじめて見出されたとされる磁石がマグネタイト(磁鉄鉱)です.マグネタイトはFe3O4 の組成を持ちます.組成中に鉄を豊富に含むことから、金属鉄の原料としても知られます.

コランダム構造:ルビーとサファイアの結晶構造

コランダムとは酸化アルミニウム(アルミナ)の結晶であり、Al2O3の組成を持ちます.コランダム構造は、ルビーやサファイアの持つ結晶構造として非常に有名です.

カチオンとアニオン:イオンってなんだっけ

中性の原子において、電子が増減することで原子核と電子の電荷のバランスが崩れて帯電し、イオンとなります.陽イオンと陰イオンは互いに逆の電荷を持つため、クーロン力によって互いに引き付け合います.

コバルト酸リチウム(LiCoO2):リチウムイオン電池の代表的な正極材料

LiCoO2が特に優れている点は、高いLi+伝導度および電子伝導度、高いエネルギー密度、優れた可逆的な充放電特性を示すことです.発見から30年以上が経過してなおLiCoO2は携帯用バッテリーの正極材料として使われ続けています.

Prof. R J Cavaの経歴を振り返る(3)

物性物理・物質科学・固体化学分野で知らない人のいない超有名人Robert Joseph Cava先生.ついにベル研究所からプリンストン大学へ移り、現在に至るまで存続する研究室の基礎が築かれました.新しい研究室ではどのような研究を展開するのでしょうか.

Prof. R J Cavaの経歴を振り返る(2)

物性物理・物質科学・固体化学分野で知らない人はいない超大御所Robert Joseph Cava先生.物性物理には転換点となる出来事がいくつかありました.Cava先生は新しい潮流に迅速に対応し、各局面ごとに素晴らしい研究を展開していきます.

Prof. R J Cavaの経歴を振り返る(1)

現在のCava先生の研究分野は超伝導、トポロジカル材料、磁気抵抗、スピン液体、二次元磁性体、ハイエントロピー合金と非常に多岐にわたります.では、その源流は何なのでしょうか.

ボルン・ハーバーサイクルと格子エネルギー:結晶の安定性を評価する

イオン結合性の物質を扱う際、その物質がどの程度安定であるかの指標が必要になる場合があります.この「イオン結合性の物質の安定性」を見積もる指標である格子エネルギーを算出する際に使用されるのがボルン・ハーバーサイクルです.

スクッテルダイト:原子の「隙間」を活かした物質

原子にとって自由に動き回れる程度に広い空間を持つ物質群の一つがスクッテルダイト(Skutterudite)です.元は天然鉱物に由来する物質群ですが、その特徴的な結晶構造・組成の豊富さから、現在では熱電材料、超伝導体、磁性体など様々な分野で顔を覗かせま…