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物性物理学：2層のグラフェンシート間におけるリチウムの可逆的超高密度秩序化
Nature 564, 7735 doi: 10.1038/s41586-018-0754-2
多くの炭素同素体は、可逆的なリチウム取り込みのホスト材料となり得るため、既存の、そして将来の電気化学的エネルギー貯蔵の基盤となっている。しかし、こうしたホスト材料内でのリチウムの配列の仕方に関する知見を、動作中の系から得ることは困難である。例えば、軽元素（特にリチウム）は、衝突電子に対する散乱断面積が小さくノックオン損傷を受けやすいことから、in situ透過型電子顕微鏡法を用いる軽元素のプロービングが大きく阻まれている。今回我々は、球面収差と色収差の補正を用いてコントラストと分解能を必要なレベルにまで向上させたin situ低電圧透過型電子顕微鏡法によって、2層グラフェンへのリチウムの可逆的インターカレーションを調べた。この顕微鏡観察結果は、電子エネルギー損失分光法と密度汎関数理論計算によって裏付けられている。細長い2層グラフェンの一端を電気化学セルで覆い、このセルからリチウム原子を遠隔挿入すると、2層のカーボンシートの間でリチウム原子が多層の最密充填秩序構造をとることが観察された。この超高密度相に伴うリチウム貯蔵容量は、バルクのグラファイトカーボン内への標準的なリチウムインターカレーション条件下における既知の最大密度の構成である LiC6の形成から予測される容量をはるかに上回る。従って今回の知見は、二次元層状材料には、バルクの親化合物と比べてはっきりと異なるイオン貯蔵配置が存在し得ることを示している。
