| Project/Area Number |
20H02025
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
TOKU Yuhki 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60750180)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
巨 陽 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60312609)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | 薄膜 / 原子配列 / ナノ材料 / 界面 / 電子風力 / 原子拡散 / エレクトロマイグレーション / 密着強度 / 原子再配列 / 高秩序化 / 結晶構造 / 高周波高密度電流 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，金属薄膜を対象に，熱処理に依らない高周波高密度電流による原子の再配列を世界で初めて実現する．これは，電子と原子の力学的相互作用，すなわち電子風力を原子配列の「揺さぶり」として利用することにより，自発的に原子を安定位置へと再配列させる極めて独創的な手法である．これにより，結晶方位の整列，結晶粒の増大，最密結晶面の増加，点・線欠陥の消滅を誘起し，薄膜の応用上重要な密着性・導電性といった機械特性・電気特性の向上を実現する．さらに，高周波高密度電流がなす原子の駆動現象のメカニズムを解明し，熱処理に依らない新たな電子風力を基盤とした原子配列・結晶構造の制御法として学理構築を目指す．
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we have achieved atomic rearrangement in metallic thin films by periodic "oscillations" of electron wind force induced by high-density currents at high frequencies (>100 kHz) on the atomic arrangement. In-situ observations using a high-resolution transmission electron microscope were also performed to elucidate the science behind the atomic rearrangement. In addition, to quantitatively evaluate the quality of thin films, which is important for applications, we investigated the mechanical and electrical properties of thin films before and after the application of electric current. To achieve the objectives, the following three research goals were pursued under the three-year plan: 1. crystal structure analysis and material characterization of thin films, 2. visualization of dynamic behavior of atomic arrangement changes, and 3. construction of a theoretical model for the mechanical interaction between high-density high-frequency current and atoms.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は，高周波の高密度電流がなす電子風力によって金属薄膜の原子配列を制御する世界初の研究であり，熱処理に依らない原子の再配列技術として材料科学分野を拡張する学術的に極めて高い独創性・創造性を有している．さらに，いままで結晶構造の制御が熱処理や結晶成長のみによって実現されてきた現状を打破し，新たに電子風力を基盤とした原子再配列法を世界に先駆けて発信することができる． これは，熱処理に依らない原子の再配列現象として従来熱力学的に捉えられてきた材料科学を拡張し，物理化学や固体物理，物性物理などの広い学問分野にも大きな波及効果が期待できる．
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