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柏本　史郎 (カシモト　シロウ)

工学研究院　応用物理学部門　凝縮系物理工学分野助教

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士（学術）, 名古屋大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 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
研究分野
  • 自然科学一般, 磁性、超伝導、強相関系
  • ナノテク・材料, 金属材料物性
  • ナノテク・材料, 結晶工学
  • ナノテク・材料, 応用物性
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2010年04月 - 現在
    北海道大学 大学院工学研究院, Faculty of Engineering, 助教
  • 2011年01月 - 2011年09月
    ヨージェフ・ステファン研究所, 客員研究員
  • 2007年04月 - 2010年03月
    北海道大学 大学院工学研究科, Graduate School of Engineering, 助教
  • 2002年10月 - 2007年03月
    北海道大学 大学院工学研究科, Graduate School of Engineering, 助手
学歴
  • 1995年04月 - 2000年03月, 名古屋大学, 大学院人間情報学研究科, 物質・生命情報学専攻, 日本国
  • 1991年04月 - 1995年03月, 大阪教育大学, 教育学部, 教養学科
委員歴
  • 2023年04月 - 2025年03月
    応用物理学会北海道支部, 庶務幹事, 学協会
  • 2017年04月 - 2019年03月
    応用物理学会北海道支部, 会計幹事, 学協会
  • 2008年05月 - 2009年04月
    日本物理学会, 領域６世話人, 学協会

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 主な担当授業
  • 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
■ 所属学協会
  • 応用物理学会
  • 日本金属学会
  • 日本物理学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • sp電子系準結晶合金の探索による新しい金属-絶縁体転移の研究
    科学研究費補助金(若手研究(B))
    2011年 - 2011年
    柏本 史郎
    本研究ではsp電子系元素(Al、Si、Ge等)を基とする系で準結晶・近似結晶を探索し、準周期構造におけるこれまでに知られていない電子物性、例えば金属-絶縁体転移の可能性等を追求した。数種類の準結晶および近似結晶合金を見いだしたが、SiやGeの組成が50%を越えることはなく金属-絶縁体転移の出現には至っていないものの、常圧でYbが価数揺動を示すPd48Ge36Yb16近似結晶を得るなどの成果を得た。
    文部科学省, 若手研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 23760619
  • 非周期長距離秩序構造における原子結合性
    科学研究費補助金(基盤研究(C))
    2009年 - 2011年
    高倉 洋礼; 石政 勉; 柏本 史郎
    構造複雑系物質のひとつの典型である合金系準結晶とその近似晶の原子構造を電子密度分布レベルで解明し、非周期長距離秩序形成のメカニズムと構造安定性の起源についての知見を得ることを目的に研究を行なった。具体的には、Al-Ni-Ru正十角形準結晶と関連近似結晶のsolution-growth法による結晶育成条件の詳細を明らかにした。これにより、数ミリメートル程度の単結晶を再現性よく育成できることを確立した。この方法の適用により育成された結晶のうち、単斜晶Al_<13>(Ni,Ru)_4近似結晶の単結晶X線構造解析を行い、空間群がC2/mに属し,単位胞中に102個の原子を含む構造であることを明らかにした。さらに、すでにわれわれによって構造解析がなされた斜方晶Al_<13>(Ni,Ru)_4近似結晶との原子構造の比較により、両方の近似結晶でRuとNi原子には明確なケミカルオーダーは存在しないが、特定の原子サイトのみでNiとRu原子の占有率がほぼ半々になるという規則性があることを明らかにした。この特定の原子サイトは、一辺が0.47nmの5角形と菱形をモチーフとして近似結晶構造をあらわした場合に、菱形の短い体対角線の頂点位置に対応する。Al-Ni-Ru正十角形準結晶と近似結晶に共通する構造単位と考えられる5角形カラム状クラスターのNiとRu原子のケミカルオーダーが、共通する周期軸の周期1.6...
    文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 21560003
  • 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
    2008年 - 2008年
    石政 勉; 高倉 洋礼; 柏本 史郎
    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...
    文部科学省, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 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年 - 2008年
    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, 連携研究者, 競争的資金, 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年 - 2007年
    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, 連携研究者, 競争的資金, 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年 - 2006年
    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, 連携研究者, 競争的資金, 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年 - 2005年
    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, 研究代表者, 競争的資金, 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年 - 2005年
    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, 連携研究者, 競争的資金, 16656190
  • 新しい構造タイプに属する平衡相正20面体準結晶の探索と構造・電子物性の研究
    科学研究費補助金(基盤研究(B))
    2002年 - 2004年
    石政 勉; 松尾 進; 柏本 史郎
    1.一連の新準結晶合金の発見正20面体対称クラスターの周期的配置と解釈できるZn17Sc3型結晶を出発物質として新準結晶合金を探索した。もしクラスターを壊さずに、その配置を準周期的にすることができれば、新しい準結晶合金に至ることができると考えたからである。第3元素Mを少量添加することによって、この可能性を検討した。その結果、M=Mn,Fe,Co,Ni,Pd,Pt,Ag,Auにおいて正20面体準結晶を見いだした。特に、M=Fe,Co,Ni,Pd,Auの場合には、平衡相として準結晶が形成されることを確認した。さらに、Zn17Sc3型に属するCu-Ga-Sc結晶に少量のMgを添加することによって、初めてのCu基準結晶Cu48Ga34Mg3Sc15の形成を確認した。2.Tsai型準結晶としての統一的な理解本研究で見いだした一連の準結晶は、従来から知られていたAl基準結晶やZn-Mg-L(L=ランタン系列元素)準結晶とは異なり、Cd基準結晶と同型に属するものであることを示して、これをTsai型と名付けた。Tsai型準結晶は、従来から知られていた準結晶と局所構造単位(クラスター)の観点で異なるばかりでなく、化学量論比や合金としての性格も異なる。すなわち、第1元素として2価、または平均的に2価の金属を80at.%程度含む合金で、第2元素として希土類金属(ランタン系列元素、またはSc)を15...
    文部科学省, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 14350336