| Project/Area Number |
20K21096
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
TANIGUCHI Takashi 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 拠点長 (80354413)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | ダイヤモンド / 高圧合成 / 複合欠陥 / ダイヤモンド単結晶 / 異種元素ドーピング / 窒素、ホウ素ドーピング / カラーセンター探索 / カラーセンター |
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| Outline of Research at the Start |
硬度、熱伝導率等で最大の物性値を持つダイヤモンドにおいて、過去に未踏の大きな格子 ミスフィットを伴うドーピングへの自由度が得られれば飛躍的な機能応用展開が期待できる。ダイヤモンド中の主たる不純物は炭素の両隣のホウ素(B)と窒素（N ）であり、理論的にはダイヤモンド中にBとNが固溶する際、B-Nペアの形成が安定と予想される。そこで、ダイヤモンド中に100ppmレベルでのB-Nペアによる複合欠陥形成し、大きな格子ミスフィットを伴う異種元素のppmレベルのドーピングに挑む。高濃度BNペア形成への挑戦度は高いが、従来の1500℃領域の高圧合成に加え、非金属触媒による2000℃領域での展開に挑む。
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| Outline of Final Research Achievements |
After establishing high-pressure synthesis conditions to control the nitrogen concentration in diamond at the 0.1-100 ppm level, single crystals with nitrogen and boron co-doped in the 1-10 pm region were synthesized by adding trace amounts of boron. Nitrogen concentration was evaluated by the ESR method according to the concentration of P1 centers that substituted carbon atoms in the crystal, and boron concentration was evaluated by SIMS analysis. Nearly colorless diamond crystals in the intermediate region were obtained, along with yellow to blue diamond crystals with nitrogen excess and boron excess.
Furthermore, the addition of Sn as a dissimilar element produced significant recrystallized graphite and good quality diamond single crystals at the same time. It remains to be evaluated whether the new color centers observed are derived from Sn or not.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
硬度、熱伝導率等が最大のダイヤモンドにおいて、過去に未踏の大きな格子 ミスフィットを伴うドーピングへの自由度が得られれば飛躍的な機能応用展開が期待できる。ダイヤモンド中の主たる不純物は炭素の両隣のホウ素(B)と窒素（N）であり、ダイヤモンド中にBとNが固溶する際、B-Nペアの形成が安定と予想される。育成溶媒の最適化による窒素濃度の制御と精密なホウ素添加量の制御により、1～10ppmレンジでB-N共添加のほぼ無色のダイヤモンド結晶を得た。SIMS分析とESR分析により、結晶中でB-Nペアの形成が示唆される。高圧下でのダイヤモンドへのB－N複合欠陥の導入はドーピング自由度の拡張として期待できる。
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