Allotropic phase transformation by point-defect clustering

• Project/Area Number: 20H00309
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 荒河 一渡 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (30294367)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武藤 哲也 島根大学, 学術研究院理工学系, 准教授 (50312244) ; 大島 義文 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80272699)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥44,980,000 (Direct Cost: ¥34,600,000、Indirect Cost: ¥10,380,000); Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2022: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2021: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000); Fiscal Year 2020: ¥12,610,000 (Direct Cost: ¥9,700,000、Indirect Cost: ¥2,910,000)
• Keywords: 点欠陥 / 転位 / 鉄 / 透過電子顕微鏡 / 欠陥 / 透過電子顕微鏡法 / 相転移

Outline of Research at the Start

本申請者らは最近、アルファ鉄中において、点欠陥によって、第四の同素体の安定なナノ・クラスター（欠陥同素体）を創り得ることを、透過電子顕微鏡法を駆使して、世界に先駆けて明らかにした。本研究では、透過電子顕微鏡法を駆使して、鉄における欠陥同素体の形成機構および材料の機械的性質へもたらす効果を明らかにする。これらの知見は、点欠陥が導入される幅広い過程における微細組織発達を理解する上での新たな基盤となる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、透過電子顕微鏡法を駆使して、鉄における微小点欠陥集合体である「欠陥同素体」についての基礎的問題を解明することを目的とする。本研究は、点欠陥が導入される幅広い過程における微細組織発達を理解する上での基盤となるものである。
本年度は、これまでの高エネルギー電子照射による研究を拡張して、鉄合金に対してイオン照射をおこない、イオン照射によって形成される「欠陥同素体」の透過電子顕微鏡高分解能観察を試みた。また、高エネルギー電子照射下における面心立方構造を有する金属における「欠陥同素体」の観察も試みた。その結果、これらの観察には更なる技術開発が必要であることが分かった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] UKAEA(英国)
• [Int'l Joint Research] CEA-Saclay(フランス)
• [Int'l Joint Research] CEA-Saclay(フランス)
• [Int'l Joint Research] UKAEA(英国)
• [Int'l Joint Research] CEA-Saclay(フランス)
• [Journal Article] X-ray free electron laser observation of ultrafast lattice behaviour under femtosecond laser-driven shock compression in iron (2023)
  • Author(s): T.Sano, T. Matsuda, T. Sato, K.Miyanishi, M. Yabashi, T. Togashi, K. Tono, O. Sakata, Y.Tange, K. Arakawa, Y.Ito, T.Okuchi, T. Sato, T.Sekine, T.Mashimo, N. Nakanii, Y. Seto, M.Shigeta, T.Shobu, Y.Sano, T. Hosokai, T.Matsuoka, T.Yabuuchi, K. A. Tanaka, N.Ozaki , R,Kodama
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 13789-13796
  • DOI: 10.1038/s41598-023-40283-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 水素脆化における潜伏期から破壊までの実態解明における新展開 (2023)
  • Author(s): 高井健一, 松本龍介, 松永久生, 小山元道, 小川祐平, 柴田暁伸, 荒河一渡, 武富紳也, 藤浪眞紀
  • Journal Title: ふぇらむ Volume: 28 Pages: 28-36
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Influence of pulse duration on mechanical properties and dislocation density of dry laser peened aluminum alloy using ultrashort pulsed laser-driven shock wave (2022)
  • Author(s): M. Yoshida, I. Nishibata, T. Matsuda, Y. Ito, N. Sugita, A. Shiro, T. Shobu, K. Arakawa, A. Hirose, T. Sano
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 132 Issue: 7 Pages: 075101-075101
  • DOI: 10.1063/5.0083511
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ TEM Observation of Quantum Diffusion of Defects in Metal (2021)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Journal Title: KENBIKYO Volume: 56 Issue: 3 Pages: 143-146
  • DOI: 10.11410/kenbikyo.56.3_143
  • NAID: 130008137909
  • ISSN: 1349-0958, 2434-2386
  • Year and Date: 2021-12-30
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hydrogen Effects on the Migration of Nanoscale Cavities in Iron (2021)
  • Author(s): K. Arakawa, A. Kageyama, H. Hiroshima, H. Yasuda, S. Ogata
  • Journal Title: ISIJ International Volume: 61 Issue: 8 Pages: 2305-2307
  • DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2021-140
  • NAID: 130008075168
  • ISSN: 0915-1559, 1347-5460
  • Year and Date: 2021-08-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Perspectives on multiscale modelling and experiments to accelerate materials development for fusion (2021)
  • Author(s): Gilbert M.R.、Arakawa K.、Suzudo T.、Trelewicz J.R.、Tsuru T.、et al.
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: 554 Pages: 153113-153113
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2021.153113
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hydrogen-Enhanced Vacancy Diffusion in Metals (2020)
  • Author(s): Du Jun-Ping、Geng W. T.、Arakawa Kazuto、Li Ju、Ogata Shigenobu
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 11 Issue: 17 Pages: 7015-7020
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c01798
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In-situ WB-STEM observation of dislocation loop behavior in reactor pressure vessel steel during post-irradiation annealing (2020)
  • Author(s): Du Yufeng、Yoshida Kenta、Shimada Yusuke、Toyama Takeshi、Inoue Koji、Arakawa Kazuto、Suzudo Tomoaki、Milan Konstantinovic J.、Gerard Robert、Ohnuki Somei、Nagai Yasuyoshi
  • Journal Title: Materialia Volume: 12 Pages: 100778-100778
  • DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100778
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 鉄におけるらせん転位とプリズマティック転位ループ間相互作用のTEMその場観察 (2024)
  • Author(s): 井上喬仁, 杉本有隆, 荒河一渡
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第187回春季講演大会
• [Presentation] 鉄の引張変形下でのキャビティ形成に対する水素効果のTEM観察 (2024)
  • Author(s): 水谷琢朗, 井上喬仁, 西村飛翔, 福田英, 植田靖子, 荒河一渡
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第187回春季講演大会
• [Presentation] In-situ TEM of Dynamics of Lattice Defects in Metals (2023)
  • Author(s): Kazuto Arakawa
  • Organizer: The 11th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM11)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In-situ TEM of Dynamics of Lattice Defects in Metals (2023)
  • Author(s): Kazuto Arakawa
  • Organizer: International Workshop on Advanced and In-situ Microscopies of Functional Nanomaterials and Devices (IAMNano) 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 材料の先端電子顕微鏡による原子～ナノ分析技術 (2023)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: プラズマ材料工学研究会
  • Invited
• [Presentation] 金属の変形をナノレベルで観る (2023)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 応用物理・物理系学会 中国四国支部 学術合同講演会
  • Invited
• [Presentation] 鉄におけるらせん転位の高温挙動の透過電子顕微鏡その場観察 (2023)
  • Author(s): 井上喬仁, 植田大地, 木村崇, 小宅雄真, 荒河一渡
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
• [Presentation] 原子分解能磁場フリー電子顕微鏡のTEM光学系の開発 (2023)
  • Author(s): 前川達洋, 河野祐二, 森下茂幸, 荒河一渡
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
• [Presentation] 金属における格子欠陥の動的挙動のその場観察 (2023)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 日本顕微鏡学会 超高分解能顕微鏡法分科会 研究討論会 「様々な環境下での超高分解能」
  • Invited
• [Presentation] 金属における欠陥挙動のTEMその場観察 (2023)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 日本電子第15回TEMユーザーズミーティング
  • Invited
• [Presentation] タングステンにおける照射欠陥挙動のTEMその場観測 (2022)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 日本金属学会シンポジウム「タングステン材料科学」
  • Invited
• [Presentation] 原子分解能磁場フリー電子顕微鏡 MARS の汎用化へ向けた展開 (2022)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 日本表面真空学会 関東支部 実用顕微鏡評価技術セミナー 2022
  • Invited
• [Presentation] 金属における格子欠陥挙動の透過電子顕微鏡その場観察法による研究 (2022)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 2022 年度 日本顕微鏡学会 学術講演会 瀬藤賞授賞講演
  • Invited
• [Presentation] In-situ TEM of Quantum De-trapping and Transport of Heavy Defects in Tungsten (2022)
  • Author(s): Kazuto Arakawa, Mihai-Cosmin Marinica, Steven Fitzgerald, Laurent Proville, Duc Nguyen-Manh, Sergei L. Dudarev, Pui-Wai Ma, Thomas D. Swinburne, Alexandra M. Goryaeva, Tetsuya Yamada, Shigeo Arai, Tetsuya Yasuda, Hirotaro Mori
  • Organizer: TMS 2022 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In-situ TEM of the Interaction between Screw Dislocations and Dislocation Loops in Iron (2021)
  • Author(s): Kazuto Arakawa, Takahito Inoue, Yutaka Sugimoto
  • Organizer: International Conference on Fusion Reactor Materials (ICFRM-20)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 金属の変形素過程の透過電子顕微鏡その場観察 (2021)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 日本熱処理技術協会第 92 回 (2021 年秋季) 講演大会 田村・川嵜記念講演
  • Invited
• [Presentation] TEMその場観察による金属における格子欠陥挙動の研究 (2021)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第34回秋季シンポジウム 先進的な構造科学と分析技術
  • Invited
• [Presentation] 透過電子顕微鏡による金属における格子欠陥のダイナミクスの研究 (2021)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第3回資源・環境関連材料部会討論会
  • Invited
• [Presentation] TEM その場観察による金属における格子欠陥挙動の研究 (2021)
  • Author(s): 荒河一渡
  • Organizer: 日本材料学会 マルチスケール材料力学部門 第69期第 5 回部門委員会
  • Invited
• [Presentation] 金属における格子欠陥の動的挙動のTEMその場観察 (2020)
  • Author(s): 1.荒河一渡
  • Organizer: 東京大学 次世代電子顕微鏡法 社会連携講座 第1回「次世代電子顕微鏡法」講演会
  • Invited
• [Presentation] 超高圧電子顕微鏡による金属における重い欠陥の量子移動の観測 (2020)
  • Author(s): 2.荒河一渡, M. C. Marinica, S. Fitzgerald, L. Proville, D. Nguyen-Manh, S.L. Dudarev, P.W. Ma, T.D. Swinburne, A.M. Goryaeva, 山田哲也, 網野岳文, 荒井重勇, 山本悠太, 樋口公孝, 田中信夫, 保田英洋, 安田哲也, 森博太郎
  • Organizer: 日本顕微鏡学会 第63回シンポジウム 顕微鏡オンラインフォーラム
  • Invited
• [Remarks] 透過型電子顕微鏡法による固体内局所構造の研究
  • URL: http://tem-defect.jp/index.html