巨大負熱膨張のメカニズムを解明―さらなる新材料の設計に道を拓く―

本学教員を含む、東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所のLei Hu（レイ フ）研究員、東 正樹教授、名古屋大学の竹中 康司教授、神奈川県立産業技術総合研究所の西久保 匠、酒井 雄樹の両常勤研究員らの研究グループは、層状ルテニウム酸化物において巨大負熱膨張（解説1）の起源となっている結晶構造変化を解明した。

負熱膨張材料は、光通信や半導体製造装置などの構造材で、精密な位置決めをさまたげる熱膨張を補償（キャンセル）できる。還元処理した層状ルテニウム酸化物Ca₂RuO₄の焼結体は大きな負熱膨張を示すが、そのメカニズムはこれまで不明だった。

本研究ではCa₂RuO₄の結晶構造変化を、電子線解析や放射光X線解析、第一原理計算（解説2）などの方法で調べた。その結果、昇温に伴う結晶構造の歪みの解消や、結晶粒間の空隙の減少が巨大な負熱膨張につながっていることが明らかになった。