J. Plasma Fusion Res. Vol.84, No.6 (2008)３
２３‐３３２

解説

パルス中性子を用いた構造解析の最前線
社 本 真 一，鈴 谷 賢 太 郎１），神 山 崇２），樹 神 克 明，大 友 季 哉２），福 永 俊 晴３）
日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門，１）日本原子力研究開発機構 J-PARC センター，
２）高エネルギー加速器研究機構

大強度陽子加速器計画推進部，３）京都大学 原子炉実験所（原稿受付：２００
８年３月３日）中性子は磁気モーメントを持つが，電荷を持たない粒子である．このことから高い透過性を持つと同時に，強力な非破壊的測定プローブとなっている．特にパルス中性子では広い逆格子空間の散乱パターンを測定できることから，その特徴を利用して，周期構造をもたないアモルファスの構造から結晶性物質の構造まで，幅広く物質の構造解析に用いられている．さらにその中間に存在する乱れた結晶性物質やナノ物質の構造解析も可能である．ここではパルス中性子を利用した構造解析研究について，これまでの日本での先駆的な研究や放射光 X
線回折との比較を含めて，アモルファスから結晶性物質，さらにフラーレンなどのナノ物質の最新の研究例も紹介しながら，基礎から応用，将来展望，さらに J-PARC 物質・生命科学実験施設で建設中の３台の特徴ある構造解析用の回折装置，すなわち超高分解能粉末中性子回折装置 SuperHRPD，高強度汎用全散乱装置 NOVA，茨城
県材料構造解析装置 iMATERIA について解説する．構造解析について興味をもたれた方は関係者に問い合わせていただき，ぜひ利用していただきたい．
Keywords:
pulsed neutron, synchrotron x-ray, structural analysis, amorphous material, crystalline material, nanomaterial, J-PARC,
Materials and Life Science Facility

１．序論

（社本）
中性子は磁気モーメントを持つが，電荷を持たない粒子

発生した［３］．加速器型中性子源に関しては，わが国が世界である．このことから高い透過性を持つと同時に，強力な究施設の電子ライナックで開始した［４］．同時にパルス中

非破壊的測定プローブとなっている．中性子にはいろいろ

性子を用いた回折装置・実験・構造解析技術もほぼここでな働きがあり，ラジオグラフィのように実空間で物質を調確立されたといってよい［５］．その後，１９８５年に建設された

べたり，波の性質を使った散乱により，逆格子空間で物質

英国ラザフォード・アップルトン研究所の ISIS 施設（160のパイオニアとして１９６０年代後半に東北大学原子核理学研の構造や磁性，原子振動を調べたりすることができる．そkW，50 Hz）
［６］が，それまでの中性子強度では困難であっしてその高い物質透過性を利用して，ステンレスなどで残た非弾性散乱実験などで優れた研究成果を数多く上げたこ

留応力を物質内部深くまで調べることができる．また即発とから世界的に注目され，２００６年には米国オークリッジ国

ガンマ線分析や放射化分析により，物質中の組成を調べる

立研究所に同様な SNS 施設（最高 1.4 MW を計画，60 Hz）

こともできる．さらに核変換を利用した Si 半導体への Pが完成した［７］．J-PARC の 物 質・生 命 科 学 実 験 施 設

ドーピングなども産業として利用されている．ここではそ（MLF）はこれらの優れたパルス中性子源を上回るパルスの中で，散乱により物質の構造を調べることについて述べ

中性子ピーク強度を計画しており，これまで不可能であっる．中性子は軽元素や磁性原子による散乱能が高いことかた中性子実験が可能になる．例えば，そこでは少量の試料

ら，磁性材料を中心として，無機材料，有機材料，高分子，を数多く測定できるだけでなく，非弾性散乱実験や偏極中バイオに関わる広汎な物質の構造を調べるのに適している性子実験，複合極限環境（超高圧，超強磁場，超高温，超［１］．

低温）下での時分割実験，その場観察，マッピングなどで中性子源には主に研究用原子炉と加速器型中性子源とが新しい実験が可能になる．またそれに加えて，弾性散乱装ある．わが国には研究用原子炉として，日本原子力研究開置で高強度と高分解能を同時に実現することが可能にな

発機構の JRR‐
３（20 MW）がある［２］．一方，加速器型中性

る．MLF ではここで紹介するように測定対象や目的に応子源としては，今年５月に大強度陽子加速器施設（J-PARC:じて，高強度を重視した回折装置（高強度全散乱装置）かJapan Proton Accelerator Research Complex）の中の物質・ら世界一の高分解能を実現する回折装置（超高分解能粉末

生命科学研究施設（MLF）で最初のパルス中性子ビームが中性子回折装置），そしてその中間の回折装置（茨城県材料

Front Lines of Structural Analyses by Pulsed Neutron Diffraction
SHAMOTO Shin-ichi, SUZUYA Kentaro, KAMIYAMA Takashi, KODAMA Katsuaki, OTOMO Toshiya and FUKUNAGA Toshiharu
corresponding author’s e-mail: shamoto.shinichi@jaea.go.jp

３２３!2008 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.84, No.6 June 2008

構造解析装置）までを，２００９年度までに取り揃える予定でう．電子との相互作用である X 線散乱と比較して，原子核ある．

との相互作用である中性子散乱（回折）による構造解析の原子炉と加速器というこの２つの中性子源にはそれぞれ

特徴は，①中性子と電子の持つスピンとの相互作用から磁特徴があり，相補的な利用が可能である．パルス中性子源

気構造を調べることができる，散乱の大きさは X 線のようの特徴は幅広いエネルギーの中性子（白色中性子）が発生に!
（原子量）に依存しないので，②重元素に対して軽元素する点にある．パルスとして同時に発生した速度（エネルの観察が困難になるということはない，③原子番号が隣接ギー）の異なる中性子を，離れた距離に置いた中性子ディする元素同士でも散乱の大きさがある程度異なるので識別

テクタにより飛行時間法で観測すると，低エネルギーから可能である，また，同位体間でも散乱の大きさが大きく異高エネルギーまでの中性子を無駄なく利用することができなることがあるので，④特定元素のラベリング（同位体置る．このエネルギー範囲は，その間の距離とパルス周期に換による選択的な観察）が可能である，等の特徴がある．まより決まる．弾性散乱実験ではこの特徴を十分に利用した高い透過性も大きな特徴であり，粉末試料の選択配向のて，発生した中性子を有効利用できる．さらに中性子が散問題を軽減できる，特殊環境下での実験が（容器やその窓乱されるのは，ほとんど広がりのない原子核であることかの問題で）行いやすい等の利点がある．⑤中性子が散乱さら，中性子では原理的に散乱パターンを大きな逆格子空間

れるのはほとんど広がりのない原子核であることから，原まで測定することができる．散乱ベクトルの最大値の逆数子１個からの散乱強度は散乱ベクトル ! に依存せず，物質で実空間分解能が決まることから，これにより高い実空間の散乱パターン（回折強度）を大きな逆格子空間まで測定

分解能を得られることになる．この特徴を利用して，周期することができる．! の最大値の逆数で実空間分解能が決構造をもたないアモルファスの構造から結晶性物質の構造

まることから，これにより実空間での高分解能が可能になまで，パルス中性子は幅広く物質の構造解析に用いられてる．他方，原子核の周囲に分布する電子雲で散乱される X線の場合は，その電子分布の影響（! 依存性）のため，!

いる．
そこで本解説では，パルス中性子を利用して構造解析研が大きくなるほど原子（正確にはある電子集団）からの散乱究を行っている第一線の研究者と MLF に回折装置を建設

強度は小さくなる（原子散乱因子）．このために，SPring-8

している第一線の研究者に執筆をお願いし，放射光 X 線回などの高強度・高エネルギー（短波長）の X 線を使わない

折との比較を含めて，アモルファスから結晶性物質，さらと，原理的に大きな逆格子空間を測定することは精度的ににフラーレンなどのナノ物質の研究例を紹介することで，困難である．このように中性子と X 線では，散乱機構の違基礎から応用，さらに将来展望を含めて解説する．また J-

いにより特徴が異なることから，それぞれの特徴に適した

PARCのMLF施設の利用に関しては，その優れた装置を基

テーマの研究を行うのが一般的であるが，実際の物質は複礎研究から産業利用までを含めて幅広く一般の利用者が利数の元素から成っており，X 線だけ，あるいは中性子だけ用しやすい運用体制の整備が進められている．具体的にでは完全に解決できない構造の問題は数多く，相補的に両は，２００８年末からの供用を目指して７月７日に公募を開始

方の手法を併用して構造解析を行うことが理想的である．

する予定である．詳細は６月２０日よりホームページ［３］に

次に散乱の基礎について述べる．図１に示すように，互て公開予定である．読者の中で興味をもたれた方はぜひ問いの位置ベクトル #"#にある２つの原子核へ入射した波数"! の中性子が ""に散乱されるとき，入射時の位相差はい合わせていただきたい．

!"!#
"#
"
#であり，散乱後の位相差は ""#であることから，こ（鈴谷）
パルス中性子による回折実験・構造解析に入る前に，中の位相差の合計は "（""!"!）は散乱ベ#""!"!#"#となる．

性子回折について X 線回折と比較しながら整理しておこtransfer）を与えている．この時，弾性散乱では中性子の波

２．パルス中性子構造解析の基礎

図１

クトル ! と呼ばれ，散乱の際の運動量移行（momentum

中性子の核による散乱と実験配置図．

３２４

Commentary

Front Lines of Structural Analyses by Pulsed Neutron Diffraction

S. Shamoto et al.

数ベクトルは散乱の前後で変わらない（###"$"#，%%#となり，これは（結晶）構造因子としてよく知られている#：入射中性子の波長）ことから，散乱角 を #%と して，

もので，結晶構造解析の基本情報である．これについては［８］．この散乱"#"1+.%が成り立つ（運動量保存則）%#-

次節で詳細が解説される．

で0
1'(番目の原子の干渉性散乱振幅（散乱長）および位置

一方，液体やアモルファス固体などの非晶質あるいは粉を指定するベクトルを +および $とすると，散乱
$
+
0'
1(
0'
1(

末結晶のような等方的な試料では，"と$
0!$
1%$
0
1のなす

されてくる中性子の干渉性散乱強度 $"(は，試料内の'/*'角について等しい重みをつけて平均をとることができるの&個の原子について足し合わせた合成散乱振幅の共役二乗で式（２．
１）は以下の Debye の式と呼ばれるものに簡単化で

として，

きる［９，
１１］．
&

&

"(
"'
$
$
0
20)
%"$ $ +
*
0+
1)
0!$
1(
'
/*'
#，

& &
1
+
.'5
0
1
$
'(
%$ $ +
0+
1
'
/*'
'5
0%"1%"
01（２．
１）

0%"1%"（２．
４）と表わされる．ここで，〈・・・〉は物理量・・・の時間平均を意である．この式によって表され
ここで，5
$
$
%0
1%0
10!$
1-

味する［９］．+"(に相当す0は，X 線では原子散乱因子 0'る非晶質の回折パターンは，ある特定の " だけにピークがる．$"(は散乱ベクトル"の関数として測定されるが，'/*'現れる結晶とは異なり連続的で大変ブロードで１次元的な%あるいは入射した波数ベクトルの大きさす" は散乱角 #情報であるため，結晶のような周期性に基づく規則を構造

なわち波長 #を変えることで変化させられる．原子炉中性解析に適用できないために一義的な構造（原子の３次元的子源の場合には，結晶モノクロメータによって一定波長のな配置）を特定することができない．

中性子だけを取り出し（単色化），検出器を掃引して散乱角

このような原子配列に周期性を持たない系における原子%の関数として $#"(が測定される．これは，角度分散'/*'分布の記述には，一般に２体分布関数 .'（atomic pair5(方式と呼ばれており，放射光 X 線や特性 X 線による実験室

distribution

系の X 線回折実験など広く用いられている．他方，#%が固&!のとき $
5
$5#&!.'(によって与えられる動径分布関数

function）とよばれる関数，平均原子数密度

定されていても波長 #を変えることによって散乱ベクトル，長距離相関がわかりやすい拡張 2 体分布関数
(!"'
5
(

" を変化させ $"(を測定できる（エネルギー分散法'/*'（PDF）#'
（
5
5
5
"
$5
&!），あるいは全相関関数
$
( .'
(
!"%#'
(

式）．先にも述べたようにパルス中性子源の特徴は，熱外領域以上の高エネルギーも含む白色中性子が瞬間的に強く発

5
5
*'
5
$5
&!.'
(を用いる．.'(の意味は，任意の原子か(%$ら距離 5だけ離れた位置に別の原子を見いだす確率に相当

生し，それが短い時間間隔（パルス周期）で繰り返し出てする．

くる点にあることから，このエネルギー分散方式の一種で.'5'(を散乱長 +（X(は，中性子散乱（回折）強度 $'ある飛行時間法を用いている．17〜100 ms（J-PARC では線の場合は原子散乱因子 ）によって規格化した構造因'('40 ms）間隔，パルス幅 14〜92 μs で中性子源から周期的に

子)'
［１２］
（註：通常の中性子回折で利用される冷・熱中'(発生する白色中性子が試料で散乱され，ある %に固定され性子のエネルギー領域では，ほとんどの元素の散乱長 +ている検出器でカウントされるまでの飛行時間 6をタイムは一定の値を持つが，熱外領域では共鳴散乱（異常散乱）がアナライザで測定する．飛行距離（%%%""%#）は既知であある元素も多数存在するので，ここでは散乱長を X 線の原り，カウントされた中性子の速度は 7%%"6であるので，そ子散乱因子とも形式を合わせて異常散乱項のある複素数との波長は #%/"（4 は中性子の質量）と求められる［１０］．
47している）．

角度分散方式では%%90°までという制限があるが，飛行時

#
#
$ '
'(
"
&"+
++,
!+
,
)'
'(
% '/*
#
++
,

間法によって meV 領域の冷・熱中性子から eV 領域の熱外中性子までの広いエネルギー範囲を利用することにより非

#
+
%).
/
0+
1
,
'(
'(
%$ ,
%$ 801)01'
01
0
1'
# )
0
1
0
1
++
,

常に広い " 領域で，$"(を測定することができる．
'/*'
結晶では，散乱ベクトル " が，逆格子ベクトル ! と一致するその " だけに回折ピークが現れるので，回折面のミ/!
2!
3(とすると式（２．
ラー指数を '
１）は，&のフーリエ変換として，次式で与えられる［１３］．
'-&2

"
.'
5
(
%"" # %
$&5 !
#

&

"(
!/23'
$
$
0
20)
%"$ $ +
*
0+
1)
0!$
1(
'
/*'
#
0%"1%"
!
!
#
!
!&
!
!
!
!/23$
$+
0
20'
%!
0)
0(
!
!
0%"

（２．
５）

&

'-&2

%""$ "% %5 !& !
0
1$

（２．
２）

'.
)'
'(
'5
1
+
.'
('
!"/
(

50.
.
50(
8+,
'
!"/
+
,
''
5!50(
'
/1.
(50(' （２．
$
/
６）

ただし，
となる．ここで & を単位胞（unit cell）中の原子の総数とす

'-&2

"
5
.
(
%"" # %
0
1'$&!5 !
#

れば，
&

!/23$
"/23%$ +
0
20'
0)
0(
0%"

'.
)01'
'(
'5
1
+
.'
('
!"/
(
（２．
７）

（２．
３）
0，+
ここで，+,は原子１個当たりの平均値を意味し，,
0

３２５

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.84, No.6 June 2008は原子 (の濃度（原子分率），散乱長である．また，+()，
#$
*
$()#
$は，それぞれ，(- )原子間相関に対する重み，'()#

く，いわゆるブラッグ反射と呼ばれる強い干渉ピークをつ

因子，部分構造因子，部分２体分布関数であり，!は原子数くる．また，平均構造からのずれは弱い散漫散乱を生じる．

密度である（註：X 線では原子散乱因子 &#$の導入によっ#ブラッグ散乱と散漫散乱を解析して結晶の配列の全体像をて +()は # の 関 数 +()##$と な る．そ れ ゆ え，$##$と明らかにするのが，広い意味での結晶構造解析であるが，配列の規則性を反映して，結晶からの散乱は干渉しやす

，'
'#
*
#$
*
$は，その部分相関 $()#$の単純な和ではなく()#

最近はブラッグ散乱の解析を指すことが多く，そこから得なり，構造解析において構造情報とは無関係の +()##$のられるのは結晶全体の平均的な描像である．また，広い意

影響を大きく受ける場合がある）．こうした解析では，回折味での結晶構造解析のうち，最近大きな注目を集めている

パターンあるいは２体分布関数の中に複数の原子相関 (-)のが，５章で解説する結晶 PDF 解析であり，J-PARC で大が複雑に重なり合うという避けがたい困難があるが，このきく発展することが期待されている．
結晶全体の平均の構造因子は困難を克服する方法として，これまで大きく分けて２種類の試み が 行 わ れ てき て い る．ひ と つ は，X 線 異 常 散 乱!&%&"##
#$
#$
"#
#$
"!#

［１４，
１５］あるいは同位体置換中性子回折法［１６］により，あ（３．
１）

る特定の相関を分離抽出して観測する試みであり，他の一で示すように２つの関数の積で表すことができる．"##$

つはパルス中性子源から得られる短波長中性子を用いて非は干渉関数と呼ばれ，ブラッグ反射の位置や形（プロファ

常 に 大 き な #（（２‐３）式 の #$"'）ま で $##$を 測 定 し，イル）を表す．!##$は単位胞の結晶構造因子（unit cell'#*$の *‐空間分解能を格段に向上させて最近接相関の分

structure factor）であり，ブラッグ反射の強度に対応して離を行うものである［１７］．後者のパルス中性子回折法にいる．したがって，小さな単位胞内の原子配列からの散乱

よって広い# 領域を測定する方法は，中性子の高透過能かを計算するだけでブラッグ反射強度を計算することができ

ら電気炉等を用いた特殊環境の実験が容易である等の利点

るし，逆に，ブラッグ反射を解析して単位胞内の原子配列もあり，これまで非晶質物質の構造解析の主流となっていを求めることを，狭義に結晶構造解析と呼ぶことも多い．

る．また，最近では SPring‐８などの第３世代放射光源から単位胞の結晶構造因子は空間群に対応して干渉の仕方が異高エネルギー（短波長）の X 線が得られるようになり，中なり，特定の指数を持つブラッグ反射が消滅してしまう場

性子とは桁違いの高強度から微量試料でも高 # 測定が可合がある（消滅則）．

能であるので，パルス中性子との相補的な利用だけでな

粉末試料を用いて結晶構造解析を行うことを考える．構く，短時間での測定が必要とされる時分割測定やレビテー造がまったく不明である場合，まず，ブラッグ反射の位置

ション（融体浮遊）実験など新たな領域が開拓されつつあの規則性と消滅則を使って晶系（および空間群）を決める

る［１８］．

必要がある（指数付け）．次にブラッグ反射を解析して単位

近年では，こうしたパルス中性子および放射光高エネル

胞内の原子配列を求めるのであるが，３次元の原子配列のギー X 線の利用によって，従来よりも実験精度が高く，情情報を１次元の粉末回折パターンから得るのは容易ではな

報量の多い（# 領域が広い）$##$を得ることが可能になっい（未知構造解析法）．近年未知構造解析法の研究が集中的ていること，また計算機による構造モデリング法の発展かに行われ，利用面での有効性が示されるとともに，益々多ら，上記の部分相関に分離する解析とは異なり，実験デー

くの研究者が凌ぎを削るようになっている．一方，ICDD

タ$##$や '#*$をよく再現するような３次元構造モデルを（International Centre for Diffraction Data）
が提供する PDF

計算機によって構築し，そのモデルに基づいて構造を解析（Powder Diffraction File）のデータベース等を利用して既する方法がとられるようになってきている［１９］．こうした知物質の回折パターンと比較することが古くから行われて解析の実際は，４，５章で詳しく解説されている．

おり（同定），近年のデータベース技術の発展に伴って，材料研究開発への貢献が目立つようになっている．

３．結晶構造解析

構造が既知となった場合，それをもとに最小自乗法など（神山）
結晶では，個々の原子は平均位置の周辺を熱振動し，さを用いて正確な原子位置の情報を得る必要がある（構造精らに，欠陥等の周辺で平均位置からずれているが，時間的密化）．もっぱら使われる手法が１
９６０年代後半に提案され・空間的に平均した原子の配列は規則的であり，並進対称たリートベルト法である．リートベルト法とは，結晶構造性，回転対称性を持つ．対称操作としての並進操作，回転モデルに基づいた計算パターン &%$が，実測パターン(#

操作やこれらの組み合わせは数学的な群（３２の点群，２３０の(をできるだけ再現するように，可変パラメータ（格子定空間群）を構成する．また，結晶格子もその対称性の分類

数，プロファイル関数，原子座標など）を求める方法であり，から７晶系，１４ブラべー格子に分類される．結晶の並進対!
を最小にする可変パラメータの組$#,$,$"! +(%&(!&(#

称性の基本単位は単位胞であり，この繰り返しが結晶全体

み合わせを，非線形最小自乗法により捜す．すでに多くのに及ぶが，単位胞内のすべての原子が独立なのではなく，

ソフトウェアが知られているが，現在も新しい特徴を備え

多くは空間群に対応した対称操作により結びつけられていたソフトウェアが続々と報告されている．解析の最後にる．なお，２３０の空間群では表現できない複合結晶や変調構

リートベルト解析の結果から原子間距離・角度を求め，得造を持つ結晶も存在し，これらは高次元の空間群で整理さられた結果を解釈する．そのために，目的に応じてバンドれる．

計算に進んだり，マキシマム・エントロピー法を適用して(

３２６

Commentary

Front Lines of Structural Analyses by Pulsed Neutron Diffraction

S. Shamoto et al.

原子核密度分布（正確には散乱長密度分布）を得ることも子数を絶対値で求めることが可能になる．このために実測行われている．

の散乱強度 "%&から &%%&を得るには種々の補正を行.*0%以上，概観したように，回折データ取得後の解析の流れ

う，すなわち，①試料容器散乱やバックグラウンド，②試

は，X 線回折データを用いる場合と変わらない．したがっ

料ならびに容器での吸収，③非干渉性散乱，④多重散乱，て，利用者は X 線（電子を見る）と中性子（原子核を見る）⑤検出器の効率，⑥入射中性子強度そして⑦散乱原子数なの感度の違いを考えながら，２つの方法を使い分ければよどの補正である．そのために試料（試料＋容器），容器，

い．放射光と J-PARC のデータを同時に解析して，軽元素

バックグラウンドそして規格化のためにバナジウムの４種であるリチウムや水素の分布や数（一般的には中性子デー

類の散乱強度を測定しておく．実測の散乱強度 "
%&と
.*0%

タの質が高い），共有結合の有無（X 線），電子とイオンの&%%&との関係は次式で表される［２０］．

分布（両者に特徴），骨格構造とその変化（両者に特徴）
，

! %
'
!
)&
$
#
" %
"
%&
%&
! (!)(!
"+%!)!)(%!(!(%'!
)& .*0'!
)&$$などを研究することができる．
一方，パルス中性子源の特徴は幅広いエネルギーの中性子が発生する点にある．パルス中性子回折データはその特

$
'&
%%
)&
&%
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'
&%
%&
'
!
%&
$
#$+
"*
(
1%
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徴を最大限に生かしており，角度分散型中性子回折データ

$
'
!
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'&
#"*
'
"$+%
"$,-+%
,
"'
/%
,
-+

（４．
１）

と比較した場合，得られるブラッグ反射の数が極めて多い．これは，実験室 X 線回折装置に対する放射光 X 線回折

ここで，装置の優位性に大変よく似ている．また，このパルス中性

%：%
(0
#
'
,
-)

子の特徴が５章で述べる結晶 PDF 解析を可能にしている．

：試料を容器に入れて測定した散乱強度
"
%&
.*0%

今後の構造解析のひとつの方向として，結晶構造解析と結：容器からの散乱強度"%&+%

晶PDF解析を併用することで，真の構造を解明することで'!
)&等：吸収ならびに散乱による減衰補正因子［２１］!)!)(%$

あろう．

：入射中性子束'&"%：装置常数等の規格化因子%%)&$

最後に，幅広いエネルギーを利用するパルス中性子回折：検出器の効率&%'&の特徴をひとつ紹介しておこう．中性子のエネルギーや速度の違いを反映して，発生後試料を経て最終的に検出器に：プラチェック補正［２２］
*
'
!
%&
/%

到達するまでの時間 3が異なってくる．これを利用するの：干渉性および非干渉性散乱に対する多
$+$%
'&
!
$,-+%
'&

が先に述べた飛行時間法であるが，２章で述べたド・ブロ

重散乱の補正［２３］イの関係 '#,#/4にブラッグの条件を代入すると格子面式（４．
１）において，原子数$は測定でき，!)!)(%
'
!
)）等，
$

間隔 )が計算できる．

，$+%，$,-+%'!
%&'&'&は 計 算 に よ っ て 評 価 で き，
*
/%
'&
%%
)&
&%
'&
$
+
,はバナジウムを標準試料として散乱強
"%

)+
0,
#

t［μsec］
505.555［μsec/nm］L［m］0,-)

度を求めると実験的に求めることができる．それゆえ，こ（３．
２）のような補正をすることによって実測の散乱強度 "%&.*0%から絶対値としての &%%&を得ることになる．

このことを具体的に考えてみる．式（３．
２）によると，減速材から 28.5 m の位置に検出器がある回折装置（後述する茨城&%%&は逆格子空間上の構造の情報であるが，これから

県 iMATERIA，##28.5 m）の場合，背面位置（0,-)##）

実空間上の情報である２体分布関数 +%６）のよう2&を式（２．

に置かれた検出器で測定される面間隔 )#1，2，4［Å］のブにフーリエ変換によって得ることができる．この実空間上

ラ ッ グ 反 射 は，そ れ ぞ れ 時 刻 3#14408，28817，57633の原子分布の情報は散乱波数 % がスカラーであることか［μsec］に観測されるはずである．しかし，J-PARC では 25(で平均化した１次元原子分布を示している．
ら，立体角 %

Hz で加速器を運転するため，４０ミリ秒ごとに新たにパル

実際のアモルファス物質は２元系以上で形成されており，

ス中性子が発生すること，短波長の中性子は速度が速いこ&%%&の定義はその研究目的によって異なっている．例えとから，新しく発生した中性子に追い抜かれてしまう（こば，Faber-Ziman 型［２４］は原子分布における原子種相関をれをフレームオーバーラップという）．したがって，)#4

表すのに適し，Bhatia-Thornton 型［２５］は原子種の濃度揺［Å］のブラッグ反射を観測するには低角に置かれた検出器

らぎや原子種を問わない密度揺らぎを表すのに適していを用いるか（0,-)"#），距離の短い高強度汎用全散乱装置

る．また，分子性液体では原子数個で構成される分子１個を用いるか，あるいはディスクチョッパーを使って長い波の散乱強度に規格化した &%［２６］もよく利用される．こ%&長の中性子を切り出す必要がある．

こでは原子レベルの原子分布を取り扱うのに適している
Faber-Ziman 型 &%%&を中心に述べていく．
２元系アモルファス物質における Faber-Ziman 型 &%%&４．アモルファス構造解析（福永）
アモルファス（amorphous）物質とは無秩序構造を持つ固は部分構造因子 &-.%%&の重み付き和として次式のように体の総称である．アモルファス物質の中性子を用いた構造表される．

解析では干渉性散乱強度 "%&を原子１個（あるいは１分
%

($'$
(('
$
'
&'
&%
%&
&&'%
%&
%&
# &&
" & '$
&&%
$&
'*
'*
)
)

子）あたりの強度に規格化した構造因子 &%%&を求める．これにより２体分布関数から距離 2だけ離れた位置にある原
３２７

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.84, No.6 June 2008

るために，&#$$などの実験値を基にして構造モデルを構築する逆モンテカルロ法（RMC 法：Reverse Monte Carlomodeling）［２９，３０］や EPSR 法（Empirical Potential Structure

Refinement

method）［３１］などの計算機シミュレーション法を使った研究が活発化している．これらの方法
は，対象とする物質の実際の原子数密度と同じ数密度を持つ立方体セル中の原子（粒子）を乱数（RMC 法）あるいは経験的原子間ポテンシャル（EPSR 法）によって動かしながら，その物質の X 線回折，中性子回折等の１次元の実験
図２

データ（構造因子 &#$$や２体分布関数 )#,$など）を再現

TbFe２D３．
０水素吸蔵金属ガラスの構造因子 S (Q )．

するような３次元の構造モデル（原子・粒子配置）を構築する粒子シミュレーション法である．このような構造解析
では，構築された構造モデルの信頼性は解析の対象となる&#$$の精度と情報量（$ 範囲）に依存するので，より信頼性の高い構造モデルを得るための前提として，パルス中性
子回折や高エネルギーX線回折による高精度で広い$範囲の実験データの測定が必要となる．

５．結晶 PDF 解析（社本，樹神）PDF とは２章で紹介した拡張 2 体分布関数 ##,$のことであり，PDF 解析手法は４章で述べられたような周期性のないアモルファスや液体の解析手法と基本的には同じであるが，この手法を用いて結晶性物質を対象としたものが，
図３

結晶PDF解析である．通常の結晶構造解析手法が逆格子空

TbFe２D３．
０水素吸蔵金属ガラスの２体分布関数 RDF (r)．

間での回折ピークの強度だけを相対強度で解析するのに対

("'"
$$（４．
!%%
２）
%%#
"&
'&
%

し，この手法では回折ピーク強度に加えて散漫散乱によるバックグラウンドを含めて絶対値で解析することで，結晶

ここで，(*ならびに '
*はそれぞれ *種原子の濃度と干渉性の局所構造，すなわち周期性のある結晶格子からの乱れを

散乱振幅を表し，そして %'&"(%'% を表している．
$'$!(

調べることができる［９］．さらに $ 分解能の高いデータを&#$$を フ ー リ エ 変 換 す る こ と に よ り )#,$が 得 ら れ る

用いて長距離にわたるPDF情報を解析することで，ナノ粒が，こ の )#
７）と 同 様 に 部 分２体 分 布 関 数,$も 式（２．

子の形とサイズも議論できる［３２］．一般に結晶PDF解析に,)$の重み付き和で表される．そして，部分構造因子*+#

よる構造解析では，実空間での原子同士の相関（PDF）情７）と同様に部分２体分布関数 )&*+#$$も式（２．
,
$とフー
*
+#

報を用いて，原子位置を非線形最小二乗 法［３３］または

リエ変換の関係にある．

RMC 法［３４］を用いて決定する．しかし周期性のある結晶

具体例として TbFe2D3.0 水素吸蔵金属ガラスの構造観察

では原子対の結合長の分布幅が狭いことから，アモルファを示す［２７，２８］．図２は中性子ならびに X 線回折によってスではわからなかった効果がよく見えてくる．例えば，格得られた &#$$を示している．中性子ならびに X 線回折か

子振動を反映して最隣接原子間が距離を保ったまま原子対ら得られた &#
（４．
２）で示している各 &*+#$$$$の違いは式が振動することで最隣接原子間距離のピーク幅が長距離のの重み因子に与える各原子の中性子ならびに X 線に対するものに比べて狭くなることが見つかっている［３５］．近年ではこれをさらに発展させ，フォノン分散が求められており散乱能の違いによるものである．
式（４．
２）によって得られた実空間上の原子分布を表す動［３６］，今後は結晶が得られないナノ物質でも固有のフォノ）を図３に示す．中性子
径分布関数 %!"#
（"#
,
$
,
!,""!)#$ンやマグノンの分散が求まる可能性がある．また別の例とと X 線に対する水素（D）に対する散乱能の違いから，中性

して，格子定数の異なる２つの物質を固溶させたとき，固子 %!"#,$では水素原子からの情報が多く観察され，X

溶体の格子定数はその間を直線的に変化すること（ベガー線 %!"#,$からは金属原子からの情報が主となる．この分ド則）が知られているが，In1-XGaXAsでは固溶前の長さの異布関数から短範囲構造である原子種相関距離ならびにそのなる In-As と Ga-As の２つの結合長が固溶比に伴って共存

配位数がピーク位置ならびにその面積から求められる．

することが見つかっている［３７］．また局所構造歪みは，リ

しかし，このようなアモルファス物質の回折実験からはラクサー強誘電体や強誘電性と磁性が共存するマルチフェ１次元の構造情報しか得られないことから，３次元構造のロイック物質でも顕著であり，多くの特徴的な研究がなさ

情報を得るための構造モデルの研究が不可欠となってきれている［３８，３９］．一般に粉末試料から結晶構造を決定す

た．そ れ ゆ え，最 近 の ア モ ル フ ァ ス 物 質の 構 造 解 析 でるには，３章のリートベルト解析が有効であるが，これには，３次元的で，かつ広い範囲の構造（中距離構造）を知加えてこの結晶PDF解析を行い，構造を確認することが望
３２８Commentary

Front Lines of Structural Analyses by Pulsed Neutron Diffraction

S. Shamoto et al.

ましい［３９］．他に，ナノ物質では一般に格子定数を正確にルス中性子散乱施設LANSCEのNPDFを用いた．ここで測求めることができないが，結晶PDF解析を用いることで正定した試料の特徴的な違いは，C６０には長周期構造がある

確な格子定数を求め，隣接した類似相を区別することもでが，C５９N にはないことである．これに伴い，図４に見られきる［４０］．これに関連してナノ物質中の格子歪みを調べる

るように鋭いブラッグ反射が C６０のみで見られるが，一方研究もなされている［４１］．これまでの内容は配向がランダ

で両者のバックグラウンドは非常に似通っている．これはムな粉末試料による結晶PDF解析であり，逆格子空間でのブラッグ反射が C６０分子の作る面心立方構造に由来するも情報が１次元軸に投影されている．単結晶を用いることのであり，バックグラウンドが C６０内の構造に由来するこで，３次元情報として解析することも可能である．その際とを示している．つまり C６０と C５９N は分子構造が非常に類には測定すべき # 領域が非常に大きくなる問題点がある

似していることを示している．別のより一般的な表現をすが，例えば Al６５Cu２０Co２５準結晶では特定の逆格子面にのみれば，ある &領域でクラスター的に局所的な原子対相関が

散漫散乱が生じる特性を利用して，ブラッグピークから分あり，そのクラスター間には互いに相関のない場合には，離した散漫散乱強度を用いて結晶性部分からの格子歪みをそのクラスター内の構造情報はバックグラウンドに現れる求める研究が最近なされている［４２］．以上のように結晶ことを示している．結晶PDF解析ではこの情報を含めて取PDF 解析では，結晶格子中の周期構造から外れた格子歪み

り扱う．実際に図４の構造因子 $##$をフーリエ変換するを取り扱うことから，結晶構造解析で用いられる空間群のと図５の !#（本解説２章参照）となる．
&$

議論が役に立たない．別の言い方をすれば，結晶とアモル

両 者 で 共 に，最 近 接 炭 素 原 子 間 距 離 は，約 1.4Åで あ

ファスの中間を調べる手法と言える．そこには同様に周期

り，球状分子の直径に相当する約７Åまでピークが見られ境界条件が使えない例としてナノ物質も含まれる．

る．C６０では約１０Åになだらかな盛り上がりが見える．この

ここではナノ物質の具体例として球状分子フラーレン

なだらかなピークは C６０の面心立方構造に由来し，この分C６０と球状分子フラーレン異性体であるヘテロフラーレン子間の相関が構造因子 $##$の鋭いブラッグ反射を与えて

C５９N
［４３，
４４］を取り上げる．なおこの C５９N 試料は，武蔵工いる．ここで７Å以上で明瞭なピークが見えない理由は，業大学，!イデアルスター，東北大学のグループで合成さ共に球状分子が互いに回転し，球状分子を超えた炭素原子れたものであり，測定には米国ロスアラモス国立研究所パ間の相関が失われているからである．この PDF 情報から，
C５９N は C６０とほぼ同じ分子構造を取るが，少し歪んでいることがわかる．このように結晶PDFではナノ物質の構造に関する情報を得ることができる．このことから，ナノ粒子
全体を構造解析する試み［３３］や ab initio でクラスター物質の構造を決定する試み［４５］も始まっており，現在この分野の研究は高強度パルス中性子源や放射光 X 線の全散乱装置の建設に伴って進展著しい．

６．J-PARC 物質・生命科学実験施設の装置
１章で述べた東北大学核理学研究施設では J. M. Carpenter（IPNS，米国）から木村スプートニックと呼ばれた世界
最初のパルス中性子回折装置が作られたが，引き継いだ高図４

フラーレン C６０（+２だけ S (Q )をシフトさせた）とヘテロフ．
ラーレン C５９N の構造因子 S (Q )（共に室温で測定）

エネルギー加速器研究機構ではガラス・非晶質の構造解析で活躍した HIT，高温超伝導体，電池材料等の機能性材料の 構 造 解 析 で 活 躍 し た HRP，Vega，Sirius が 建 設 さ れた．これらを受けて MLF では加速器運転開始当初からの利用を目指して，分解能と強度等に特徴を持った回折装置群が建設されている．それらの中から３つの装置を紹介する．
６．
１ 超高分解能粉末中性子回折装置（神山）

結晶の不完全性が無視できる場合，式（３．
２）を微分する
ことにより分解能"%!
%が得られる．ただし，減速材で発生する中性子のパルス波形 "'は，他のガウス分布的な寄与と違ってほぼ線形に足されると考えると，
!

""$
#
"% "'
!
!
"#$
#$
"
#$
" !
!#
' ! "!
%
図５

（６．
１）

となる．第１項は飛行時間 'の誤差（時間分解能），第２項

フラーレン C６０（＋１
０だ け S (Q )をシフトさせた）とヘテロフラー
レン C５９N の拡張２体分布関数 G(r)とフラーレン分子の構造．

は飛行距離 "の誤差（距離分解能），第３項は散乱角の誤差
３２９Journal of Plasma and Fusion Research Vol.84, No.6 June 2008

図７
図６

超高分解能粉末中性子回折装置概要（フルインストール
時）．中性子は左下から右上に向かって入射する．

高強度全散乱装置 NOVA 概要．紙面左の矢印が入射中性子を示し，矢印の先端（青丸）が試料位置である．散乱された中性子を試料位置からの矢印で示している．

持たない物質では，ブラッグ回折は観測されず，ブラッグ（角度分解能）である．第１項の "'は主に減速材からでて回折ピーク位置やその強度比による構造解析はできない．

くる中性子のパルス幅で，減速材の大きさの効果も含んでこのような物質の構造解析については，４章アモルファス

いる．第２，３項は試料や検出器が有限な大きさをもつた構造解析に詳しく述べられているように，構造因子 #""#めに生じる幾何学的な効果である．第３項の "#は試料へ

よりフーリエ変換に２体分布関数 %"&#を求めることによの入射ビーム角の誤差や散乱ビーム角の誤差で，後者は試り行われてきた（全散乱法）．%"&#における実空間分解能

料と検出器の大きさおよび両者間の距離の関数である．

は，#""#における最大 " 値に逆比例するため，短波長をTOF 型粉末回折装置で高分解能を実現するためには上式含む広い波長の中性子を利用する必要がある．パルス中性の３つの項を小さくする必要がある．すなわち，試料位置

子源は，全散乱法にとって理想的な線源であり，１９７０年代を中性子源から離して !を長くすることで（'も大きくな

後半に東北大学核理学研究所電子リニアック施設に世界にる），時間分解能および距離分解能をよくし，検出器をでき先駆けて設置されて以来，成果を挙げてきた．装置としてるだけ背面反射（!
"##≒0）の位置にすることで "#!
"##は，アモルファス物質による散乱の観測には" 分解能は必を小さくする．

要なく，むしろ測定を効率的に行うために低い" 分解能の

超高分解能粉末中性子回折装置（Super High Resolution

装置が設計されており，いわゆる粉末回折装置とは異なる

Powder Diffractometer: SuperHRPD）（図６）は，既存の粉ものとして位置付けられてきた．一方で，５章結晶 PDF

末回折装置では不可能な研究領域の開拓を目指す，従来に解析に述べられているように，全散乱法は結晶物質にも適ない超高分解能型（最高分解能は "$!
$!0.03％）の回折装用されており，局所的な構造乱れや揺らぎを観測する方法

置である．物質・生命科学研究施設（MLF）の主建家の外として，適用範囲が急速に拡大している．%"&#における観に新たに長尺ビームライン建家を建設し，長尺のスーパー

測可能な距離相関が，" 分解能に逆比例することもあ

ミラーガイド管により，中性子の輸送ロスを最小限にしてり，結晶 PDF 解析を行うためには，通常の粉末回折装置と100 m の飛行長を実現させ，最高分解能を達成させる．当同等の " 分解能が要求される．

初１９９６年に作られた高分解能粉末回折装置 Sirius の真空槽

J-PARC では，その世界トップレベルの中性子フラック

をリサイクルするなど検出器立体角は小さいが，その後，スにより，0.3％ 程度の " 最高分解能を有し，0.01Å−１からフルインストールを達成することで，強度と分解能の達成100Å−１までの広い " 領域を数分程度で観測可能な装置がを図る．高分解能化は情報量を飛躍的に増大させ，さらに実現される．それが高強度全散乱装置 NOVA である（図

強度の増大とバックグラウンドの減少を達成すること，微７）．試料からの散乱を余すところなく捉えるため，広い立

弱な信号を統計的に有意な情報にすることにより，粉末装体角に検出器を配置している．本装置では，アモルファス

置として高いクオリティの構造因子を得ることが可能となや結晶ということを区別する必要なく，むしろ両相が混在

る．結晶性の低い材料の構造解析には他の２台の回折装置するような試料において，もしくは両相の間の構造変化のの利用が効率的に望ましいが，テーマによっては結晶性をその場観測等において威力を発揮する．同装置は NEDO

改善してでもこの装置を利用するだけの価値がある．一

プロジェクト（「水素貯蔵先端基盤研究事業」）により予算方，高いクオリティのデータから新しい構造情報を取り出化され，平成２３年度までのプロジェクト期間中は，物質中すために解析手法の開発にも取り組んでいる．

水素の挙動について集中的な研究が計画されている．

６．
２ 高強度全散乱装置

６．
３ 茨城県材料構造解析装置

（大友）

（神山）

通常の材料研究開発プロセスにおいて実験室粉末 X 線回アモルファス物質のように原子配列（構造）に周期性を
３３０

Commentary

Front Lines of Structural Analyses by Pulsed Neutron Diffraction

S. Shamoto et al.

学研究施設で成長し，J-PARC における物質・生命科学実験施設（MLF）でさらに発展しようとしている．今回の解説ではパルス中性子を利用した構造解析の研究を各分野の研究者に纏めていただいた．紙面の関係からその説明は十分ではないが，興味を抱かれた方は各研究者にコンタクトを取っていただきたい．
J-PARC 物質・生命科学実験施設（MLF）を利用される方は J-PARC センターのホームページ［３］に利用方法が詳細に示される予定であるので，それを参照し，是非，利用していただけることを期待している．また利用者の交流および総意の J-PARC センターへの提言を目的に利用者懇談
図８

会［４６］が設置されているので，ご興味のある方はぜひご入

茨城県材料構造解析装置概要．中性子は左下から右上に向かって入射する．

会いただきたい．

折装置が頻繁に用いられているが，手軽（利用システム・

参考文献

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［２４］T.E. Faber and J.M. Ziman, Phil. Mag. 11, 153 (1965).

実現が望まれていた．これに対して，実験室粉末 X 線回折で用いられる試料量で１０分以下，随時受付可能で測定までの時間も短い，あるいは郵送による測定委託が可能という
分析センター的側面も含んだ装置提案が出されていた．そのような装置では産業利用も十分に可能となるが，学術的にも，十分に高い分解能と短波長を含む広い波長の中性子を利用することで，３章と５章で述べた結晶構造解析と結晶PDF解析を同時に実現することが可能となる．この提案にもっとも近く J-PARC の立ち上げ期に実現させる装置が茨城県材料構造解析装置（iMATERIA）（図８）である．茨城 県 は，「サ イ エ ン ス フ ロ ン テ ィ ア２
１構 想」の も と，JPARC を核とした中性子の産業利用を先導するため，JPARC の稼働開始時期に合わせて県独自に２つの中性子ビーム実験装置を整備することを決定したが，その一つがiMATERIA である．本装置を幅広く産業界に開放することにより，産業界の研究ニーズ（ナノテクノロジー・材料分野）に対応し，J-PARC から新たな産業応用の促進を図ることとした．
iMATERIAでは，種々の測定と広い"領域の測定を目標とするため，平均分解能 ""!
"!0.16％ を有する背面検出器
バンク（!
#が１８０度に近い）を初めとして，９０度検出器バン（!
ク（!
#が１０−４０度），#が９０度に近い），低角検出器バンク
小角検出器バンク（!
#の最低角が 0.7 度）の４つの検出器
バンクを配している．また，iMATERIA は，T０チョッパー，３つの波長制限チョッパー（Disk Chopper）と 14 mのスーパーミラーガイド管を用いることで様々な測定モードが可能である．!#"$!70Å−１程度までの測定が可能な
High-! 測定モード（T0 チョッパーの回転数を 50 Hz）を用
いて結晶 PDF 解析が可能である上，"（Å）＝800 の範囲がカバーできる Wide-"モード（Disk Chopper の回転数を 12.5
Hz）を用いればナノ構造の小角散乱も可能となる．

７．まとめ

（福永）
日本でのパルス中性子を利用した構造研究は，１９６８年東北大学の核理学研究施設に始まり，１９８０年に建設された高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の中性子科
３３１

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.84, No.6 June 2008

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しゃ

もと

しん

［３
８］例えば，I.-K. Jeong, T.W. Darling, J.K. Lee, Th. Proffen,
R.H. Heffner, J.S. Park, K.S. Hong, W. Dmowski and T.
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いちこ社 本 真 一

だま

かつ

あき

樹 神 克 明１９８
７年京都大学院理学研究科化学専攻博士課
程中退，同年分子科学研究所研究技官，１９９１年
名古屋大学理学部物理学教室助手，１
９
９
５年同
講師，１
９
９
６年東北大学大学院工学研究科応用物理学専攻助教
授，２００
４年日本原子力研究所中性子利用研究センター主任研究員（グループリーダー），２
０
０
５年日本原子力研究開発機構量
子ビーム応用研究部門研究主幹（グループリーダー）現在に至る．理学博士，主に中性子を用いたナノ構造に関する研究に従事．日本物理学会会員，日本化学会会員，日本中性子科学会会員，応用物理学会会員，ナノ学会会員．

１９９８年１月名古屋大学大学院理学研究科物質理学専攻博士課程修了，１
９
９
８年２月日本学術振興会特別研究員，１９９８年１１月東京大学物性研究所助手，２
０
０
５年４月日本原子力研究所研究員，２００
６年７月
日本原子力研究開発機構研究副主幹，現在に至る．中性子散乱
および核磁気共鳴を用いた固体物性，特に磁性体の研究を中心に行っている．日本物理学会会員，日本中性子科学会会員，ナノ学会会員．
おお

とも

とし

や

大 友 季 哉
すず

や

けん

た

ろう

鈴 谷 賢 太 郎

１９９３年東北大学大学院工学研究科後期課程修了，１
９
９
４年高エネルギー物理学研究所助手（現高エネルギー加速器研究機構）
，２
０
０
３年高エネ
ルギー加速器研究機構助教授（２００７年より准教授），現在に至る．工学博士，現在，中性子を主として用いたガラス・液体の構造学的研究を行っている．J-PARC における装置建設，フレームワークソフトウエア開発にも携わっている．日本物理学会会員，日本金属学会会員，日本中性子科学会会員．

１９９２年東北大学大学院工学研究科博士課程修了，１
９９３年 ア ル ゴ ン ヌ 国 立 研 究 所 博 士 研 究員，１９９
５年日本原子力研究所入所，２
０
０
４年同主
任研究員
（のち改組のため日本原子力研究開発機構研究主幹），
現在に至る．博士（工学），現在，中性子・放射光 X 線回折で非晶質セラミックスの構造研究を行っている．最近の仕事は J-PARC 中性子回折装置の設計が中心で，中性子遮蔽材料にも取り組んでいる．日本セラミックス協会会員，日本金属学会会員，日本中性子科学会会員．
やま

たかし

神 山

かみ

崇

ふく

なが

とし

はる

福 永 俊 晴１９
７
９年東北大学大学院工学研究科博士課程修了，１
９
８
４年東北大学金属材料研究所助手，１９８９
年名古屋大学工学部助教授，１９９８年京都大学
原子炉実験所教授，現在に至る．工学博士．現在，中性子・X
線散乱を用いて非平衡材料の構造学的研究を行っている．最近は中性子散乱の産業利用を推し進めるため，応用材料の構造学的研究にも取り組んでいる．日本物理学会会員，日本金属学会会員，日本中性子科学会会員，日本 MRS 会員，粉体粉末冶金協会会員．

１
９
８
７年東北大学大学院理学研究科博士課程修了，１
９
８
７年東北大学理学部助手，１
９
８
８年筑波大
学講師，２
０
０
０年高エネルギー加速器研究機構
助教授，２
０
０
５年同教授，現在に至る．理学博士，結晶学を専門とし，飛行時間型粉末中性子回折を用いて機能性物質の結晶構造解析を行っている．最近は J-PARC において茨城県材料構
造解析装置と高エネ機構超高分解能粉末回折装置の開発を進めている．日本結晶学会会員，日本中性子科学会会員，日本物理学会会員，日本化学会・化学電池材料研究会会員，電池技術委員会会員など．

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