熊本大,測定データで物質のミクロ構造とゆらぎを推定

熊本大学は,最新の情報抽出技術「スパースモデリング」を用い,事前知識を必要とせずに測定データのみから原子周辺の構造と原子の構造ゆらぎを解析できる手法を世界で初めて開発した(ニュースリリース)。

原子スケールでのミクロ構造を解析できる「広域X線吸収微細構造」(EXAFS)測定法が汎用的に使用されている。EXAFS測定法は物質・材料科学だけでなく,合成化学や生命科学,医学などの広い分野で利用されている。

研究では,物質を構成する原子がその化学構造や結合状態を反映して規則的に点在(配位)し,そのため着目する原子から隣接原子までの距離が離散的,言い換えればまばら(スパース)である事実に着目。EXAFS測定で得られたスペクトルの解析にスパースモデリングと呼ばれる情報抽出技術を適用した新規解析法を開発した。

その結果,従来は正確な推測が困難だった部分の解析が可能になり,ミクロ構造の事前知識なしで,原子周辺のスパースなミクロ構造と,近接原子の構造ゆらぎや可動性の推定を実現した。

研究では,新解析法の正当性を示すため銅箔試料のEXAFS振動スペクトル解析にこの手法を適用した。その結果,新解析法はその範囲を大きく拡大し,自由電子波が伝播する平均自由行程(約10Å)の範囲内の遠距離構造を解析できた。さらに,デバイ・ワラー因子の自動推定は,銅で得られる値を正しく推定できることを証明した。

このように,標準試料の銅を対象として,スパースモデリングがEXAFS振動スペクトルの解析で有効に働くことを示した。今後,従来法では詳細な解析が困難であった材料研究に応用することにより,新たな発展が期待できるとしている。

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