γ-N₂の長年の結晶構造の謎を解明 (Researchers Resolve Long-Standing Structural Mystery of γ-N2)

2026-06-18 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院合肥物質科学研究院の劉暁迪(LIU Xiaodi)教授らの国際共同研究チームは、50年以上にわたり議論が続いていた固体窒素の分子相「γ-N2」の結晶構造を解明した。研究成果はMatter and Radiation at Extremes誌に掲載された。窒素は最も単純な分子の一つであるが、高圧・低温などの極限環境下では多様な相転移を示し、γ-N2の構造は長年未解決問題となっていた。研究チームは放射光X線回折、ラマン分光、赤外分光および第一原理計算(密度汎関数理論)を組み合わせ、広範な圧力・温度条件下でγ-N2を詳細に解析した。その結果、γ-N2は単位格子内に2個の窒素分子を含む単斜晶P21/c構造を持つことを実証した。この成果は15年以上前に提案されていた理論予測を裏付けるとともに、異なる条件下で生成されながら類似した振動特性を示すγ-N2とθ-N2の構造的関係も明らかにした。研究は窒素の相図理解を深化させ、極限環境下における分子性材料の構造進化や振動特性の解明に重要な知見を提供する。

γ-N₂の長年の結晶構造の謎を解明 (Researchers Resolve Long-Standing Structural Mystery of γ-N2)
Schematic illustration of the pressure-induced structural distortion in γ-N₂, from a body-centered-cubic-like molecular arrangement to a monoclinic P2₁/c structure. (Image by LIU Xiaodi)

<関連情報>

γ – N2 の構造的および光学的特性の再検討
Revisiting the structural and optical properties of γ-N2

Jinwei Yan;Hai-An Xu;Pu Wang;Lewis J. Conway;Wan Xu;Chuansheng Hu;Zeming Qi;Xiao-Di Liu;Eugene Gregoryanz
Matter and Radiation at Extremes  Published:May 13 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0315313

For decades, γ-N2 has been known to exist at very low temperatures and pressures, located in a tiny area of the nitrogen phase diagram. Recently, it was shown that γ-N2 occupies most of the PT space usually associated with molecular phases such as δ, ɛ, and ζ, and that it plays a pivotal role in shaping nitrogen’s phase diagram. Using powder synchrotron X-ray diffraction, Raman and infrared spectroscopy, and density function theory calculations, we have investigated the structural and optical properties of γ-N2 in a wide PT range. The combined X-ray diffraction and infrared spectroscopy results unequivocally demonstrate that γ-N2 adopts the monoclinic (P21/c space group) configuration with two N2 molecules per unit cell. It appears that the γ-N2 is structurally closely related to θ-N2, leading to both phases having very similar Raman signatures. Additionally, the Raman spectroscopy reveals a vibrational mode intensity resonance effect in both phases, caused by a strong vibrational coupling between the isotopic 15N14N and 14N2 vibrational excitations.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました