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Kashimoto Shiro

Faculty of Engineering　Applied Physics　Complex Material PhysicsAssistant Professor

Researcher basic information

■ Degree
  • Ph. D, Nagoya University
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • スピングラス
  • 近似結晶
  • 結晶成長
  • 擬ギャップ
  • ブリッジマン法
  • Pauli常磁性
  • 相転移
  • Zn-Fe-Sc
  • Zn-Sc基合金
  • Curie-Weiss常磁性
  • 希土類合金
  • Zn基合金
  • 希土類金属
  • 自己相似
  • パノスコピック
  • 電子化合物
  • マイクロボイド
  • Zn-Se合金
  • 構造的フラストレーション
  • 安定相
  • 物性
  • クラスター
  • Zn-Sc合金
  • Hume-Rothery則
  • 階層構造
  • 正20面体相
  • 構造相転移
  • 金属物性
  • 解析・評価
  • 準結晶
Research Field
  • Natural Science, Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems
  • Nanotechnology/Materials, Metallic material properties
  • Nanotechnology/Materials, Crystal engineering
  • Nanotechnology/Materials, Applied physical properties
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Apr. 2010 - Present
    Hokkaido University, Faculty of Engineering, 助教
  • Jan. 2011 - Sep. 2011
    Jozef Stefan Institute, 客員研究員
  • Apr. 2007 - Mar. 2010
    Hokkaido University, Graduate School of Engineering, 助教
  • Oct. 2002 - Mar. 2007
    Hokkaido University, Graduate School of Engineering, 助手
Educational Background
  • Apr. 1995 - Mar. 2000, Nagoya University, 大学院人間情報学研究科, 物質・生命情報学専攻, Japan
  • Apr. 1991 - Mar. 1995, Osaka Kyoiku University, Faculty of Education, 教養学科
Committee Memberships
  • Apr. 2023 - Mar. 2025
    応用物理学会北海道支部, 庶務幹事, Society
  • Apr. 2017 - Mar. 2019
    応用物理学会北海道支部, 会計幹事, Society
  • May 2008 - Apr. 2009
    日本物理学会, 領域６世話人, Society

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Syllabus
  • 応用物理学実験Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 応用物理学実験Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
■ Affiliated academic society
  • THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS
  • 日本金属学会
  • 日本物理学会
■ Research Themes
  • The synthesis of new quasicrystals in sp-electron alloy systems and their metal-insulator transitions
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2011 - 2011
    KASHIMOTO Shiro
    In this study, we have searched quasicrystals and approximantsin new alloy systems including sp-electron elements (Al, Si, Ge, etc.) and sought after new physical properties, e.g. a possibility of metal-insulator transitions in the quasiperiodic structure. We have found new quasicrystals and approximants in some alloy systems. Although we cannot yet find the metal-insulator transition because the concentration of Si or Geisn't over 50% in these alloys, we have got new results: a intermediate valence of Yb in the Pd 48Ge 36Yb 16 approximant of an icosahedral quasicrystal, spin-glass-type ordering in the Mn 76Si 18Cr 6 approximant of a dodecagonal quasicrystal and so on.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 23760619
  • Atomic bonding nature in aperiodic long-range ordered structures
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2009 - 2011
    TAKAKURA Hiroyuki; ISHIMASA TSUTOMU; KASHIMOTO Shiro; TSI An pang; YAMAMOTO Akiji
    To give the basis of the aperiodic-crystal engineering, for quasicrystals and related approximant crystals, single crystal growths and crystal structure analyses have been attempted in several alloy systems. Single crystals, with a typical size of several millimeters of a decagonal phase with 1.6 nm periodicity and approximant crystals in the Al-Ni-Ru system were grown successfully by the flux method. Single crystals of a higher-order, 3/2-2/1, approximant to a decagonal phase with 1.2 nm periodicity have also been grown successfully. The flux method makes possible to grow single crystals of Al-based quasicrystals, which contain high-melting-point metal as constituent elements, at relatively low-temperatures.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 21560003
  • Panoscopic structural properties and physical properties in quasicrystals containing rare-earth metals
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2008 - 2008
    ISHIMASA Tsutomu; TAKAKURA Hiroyuki; KASHIMOTO Shiro
    パノスコピックな秩序構造である準結晶について形成条件と磁性の研究を行った。(1) Cu基の正20面体準結晶の数少ない例であるCu_<46>Al_<38>Sc_<16>合金を500〜804℃において焼鈍し、準結晶の安定性について調べた。その結果、804℃において準結晶が2種類の近似結晶に相転移することを見つけた。一つの近似結晶は立方晶でCu_<46>Al_<39>Sc_<15>の組成をち、もう一つは、斜方晶のCu_<44>Al_<41>Sc_<15>である。これら近似結晶はCu-Al-Sc合金における平衡相と考えられる。この相変態は804℃においては、ゆっくりで5時間以上を要する。また、3回軸方向に変調を伴った準結晶が中間状態として生じることが明らかとなった。(2) 3dと4fの両方の磁性元素を含むという点で注目されているZn_<77>Fe_7Sc_<16-x>Tm_x正20面体準結晶の作製方法を見直して、磁性不純物を含まない試料をTm組成0〓x〓6の領域で作製し磁気測定を行った。その結果、Tm置換を行っても、x=0の場合と同程度の磁気モーメントをFeが持ち続けることが明らかとなった。これらの準結晶は、低温でスピングラス類似の磁気構造をとる(凍結温度7.0-9.5K)。凍結温度以下においても磁化率が少しずつ増加する現象が観測された。これはTmの磁気モーメント間の相互作用が弱い事...
    Japan Society for the Promotion of Science, Hokkaido University, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 20900102
  • マイクロボイドの階層的形成制御 : 準結晶の場合
    科学研究費補助金(萌芽研究)
    2007 - 2008
    石政 勉; 柏本 史郎
    Zn-Fe-Sc正20面体準結晶は2004年に発見された安定相である。この準結晶は約824℃で調和融解するので、ミリメートルサイズの単結晶の作製が容易である。また、直径1〜50μmのマイクロボイドが多数形成する。これらのボイドは、正20面体対称性を反映したhabit planeで囲まれた形状を有している。従って、液相から準結晶が形成する過程、およびさらなる徐冷の過程でボイドがどのように形成し、成長するかを研究するのに適したシステムである。本研究では、冷却速度および焼き入れ温度を系統的に変化させ、ボイド形状、密度、および空隙率の変化を調べた。また、原料のFe、Scに含まれている残留ガスがボイド形成に与える影響についても調べた。その結果を以下にまとめる。(1)ボイドの形は焼き入れ温度に依存する。焼き入れ温度が700℃以下の場合、正12面体形状のボイドが形成するのに対して、800℃では、複雑な面取りのボイドが多く形成する。(2)ボイドサイズは、冷却速度、焼き入れ温度に対して系統的に変化する。200K/hよりも速く冷却した場合には、平均半径は2μm以下であったが、それより遅い冷却では、焼き入温度が低い(600℃)場合に大きなボイドが形成した。しかし、平均半径は10μmを超えることはなかった。また、ボイド成長の活性化エネルギーは約3.1eVと見積もられた。これらの結果は、ボイド形成が、...
    文部科学省, 萌芽研究, 北海道大学, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 19656002
  • 希土類合金準結晶におけるパノスコピック構造制御とその物性研究
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2007 - 2007
    石政 勉; 高倉 洋礼; 柏本 史郎
    パノスコピックな階層秩序を特徴とする準結晶、その初項に対応する周期構造である近似結晶を研究対象として以下の成果をあげた。1.Cu-Al-Sc合金において正20面体準結晶、1/1近似結晶、および2/1 1/1 1/1近似結晶を発見し、その形成条件を調べた。この合金では準結晶は準安定相であり、2種の近似結晶が安定相であることが判明した。2.階層秩序の初項にあたるクラスターの構造を調べるため、Zn-Sc1/1近似結晶(低温相)のX線構造解析を行った。その結果、クラスターは、第1殻:Zn正12面体、第2殻:Sc正20面体、第3殻:Znのicosidodecahedronから構成されている事を確認した。Znの正4面体が内部に含まれているので、第1殻は著しく歪んでいる。第1、2、3殻相互の結合においては最密パッキングの原則が守られているのに対して、4面体と第1核間の結合様式は異なる点が興味深い。3.Feが磁気モーメントを持つ安定正20面体準結晶Zn-Fe-Scの低温磁気秩序について、磁化測定と中性子散乱を用いて調べた。この準結晶では凍結温度7Kのスピングラス相が生じた。それに対応して、磁気回折にはBragg反射は生じず、単範囲秩序を反映した磁気散漫が観測された。さらに、Scを半分程度希土類元素HoまたはTmで置換した準結晶についても同様の実験を行ったが、長距離磁気秩序は出現しなかった。
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 19018002
  • 準結晶における希土類金属の自己相以的階層構造の実現とその物性研究
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2005 - 2006
    石政 勉; 柏本 史郎; 高倉 洋礼
    1.Cu基3元合金準結晶の発見Cu_<48>Ga_<34>Sc_<18>及びCU_<46>Al_<38>SC_<16>合金において正20面体準結晶を発見した。これらの準結晶は黄金比τの3乗のスケーリング則を示し、P型に属する。また、構成元素や組成比からTsai型クラスターを含むものと推定された。前者の形成には、液体急冷法の適用が必要であった。それに対して、後者の場合は、アーク炉での溶融と冷却で準結晶が形成され、さらに600℃での時効処理後も観察されたので、安定相の可能性も含めて形成条件の詳細を研究中である。2.Zn-Sc低温相近似結晶のX線構造解析Zn_<85.5>Sc_<14.5>の組成をもち、良く焼鈍された1/1近似結晶は、電気抵抗の異常を伴って153Kで低温相に転移する。この低温相の構造を、92K付近での電子線回折と粉末X線回折実験によって解析した。低温相は、高温相BCCの2倍の体積の格子を持つ単斜晶で、空間群はC2/cであった。低温相では、4個のZnから成る正4面体を含んで歪をともなったTsai型クラスターが基本構造となっていた。また、このようなクラスターがC面心とc-glideに従って規則的に配置しているととが判明した。これは、近似結晶低温相においてクラスター内部の構造が観察された初めての結果である。同様の正4面体を含んだ原子クラスターは、準結晶においても存在するも...
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 17042001
  • 新しい構造タイプに属する巨大単準結晶の作製とその物性
    科学研究費補助金(若手研究(B))
    2004 - 2005
    柏本 史郎
    試料作製・評価:前年度に引き続き,単相性および構造完全性の高い準結晶相の探索をZn-Sc基合金を中心に行った。その結果Zn_<79>Ni_5Sc_<16>の組成で単相かつ良質の試料を新たに得た。これは各元素の価数と原子半径をもとにHume-Rothery則に従ったものであり,よく知られているAl基準結晶と同様にZn-Sc基準結晶もHume-Rothery型電子化合物であることを実証した。また試料中全てのFe原子が局在スピンを持つことを昨年度明らかにしたZn_<77>Fe_7Sc_<16>準結晶を基に,より高濃度に局在スピンを持たせるためScを4f磁性元素であるランタノイドと置き換えたZn_<77>Fe_7Sc_<(16-x)>L_x、準結晶の作製も行った。現在のところL=Ho,Er,TmにおいてL〜8at%までの準結晶の形成に成功している。物性測定:上述の試料と本研究で構築した低温物性装置を用いて,Zn-M-Sc(M=Fe,Ni等)準結晶およびZn-Sc近似結晶の測定を行い,とりわけZn-Sc近似結晶では温度150K付近での構造相転移に伴う電気抵抗異常の明瞭な観測を行った。また磁化測定においては,Zn_<77>Fe_7Sc_<(16-x)>L_x準結晶がFeとLに由来するCurie-Weiss常磁性を示し,10K付近で凍結温度を持つsupinglass的な振舞いを示すことを明...
    文部科学省, 若手研究(B), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 16760528
  • 構造的フラストレーションをもつ金属間化合物を利用した原子容器の研究
    科学研究費補助金(萌芽研究)
    2004 - 2005
    石政 勉; 柏本 史郎
    昨年度の研究結果をベースとし、原子容器として機能する可能性をもつ近似結晶Zn17Sc3について、金属学的・結晶学的な実験研究を行った。この近似結晶の室温における構造は、体心立方的な原子のネットワークとその中に埋め込まれたクラスターとして理解できる。従来のX線構造解析においては、クラスターは、密にパッキングした3重のシェルから構成されており、その中心部は、原子4個分程度の体積をもつ空洞とされていた。金属において、このような空洞は極めて不自然であり、4個の原子が含まれているとする考えも提案されてきたが、3重シェルの満たす正20面体対称性と内部原子との構造的整合が維持できなくなる。この穴の特性を理解し、原子容器としての可能性を検討した。本年度おいては、150K付近で生じる低温相転移に着目して、実験を行い以下の成果を得た。1.電気抵抗の温度依存性の測定から、相転移は合金組成、熱処理などの条件に敏感であることが明らかとなった。Zn85Sc15の組成においては、鮮明な相転移は観測されなかったが、Zn85.5Sc14.では、除冷試料において鮮明な相転移を生じた。2.電気抵抗測定で鮮明な相転移を生じた試料について、低温(94K)電子顕微鏡観察を行った。その結果、低温相は、高温相のほぼ2倍の体積の単位胞をもつ単斜晶で、空間群がCcまたはC2/cであることが判った。この結果は、低温相の単位胞には...
    文部科学省, 萌芽研究, 北海道大学, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 16656190
  • Search of new type of stable icosahedral quasicrystals and study on their structural and physical properties
    Grants-in-Aid for Scientific Research(基盤研究(B))
    2002 - 2004
    Tsutomu ISHIMASA; 松尾 進; 柏本 史郎
    Starting from Zn17Sc3-type approximant crystals, new icosahedral quasicrystals have been discovered in many Zn-based and Cu-based alloys : They are Zn-(Mg,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Pd,Ag,Pt,Au)-Sc, Zn-Mg-Yb and Cu-Ga-Mg-Sc. These new quasicrystals belong to P-type and have structural similarity to the Cd-based and the Ag-In-based quasicrystals. Among them Zn-(Mg,Fe,Co,Ni,Pd,Ag)-Sc and Cu-Ga-Mg-Sc, are thermodynamically stable and exhibit very high degree of structural perfection. All these quasicrystals, called Tsai-type in this report, have common properties as follows : The base metals are divalent ...
    Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, 基盤研究(B), 北海道大学, Coinvestigator not use grants, Competitive research funding, 14350336