遷移金属二窒化物の成膜技術の確立と電子物性の実験的解明及び制御
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21H04615
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
長谷川 正 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20218457)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 拓也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70815787)
ガイダ ニコアレキサンダー 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (70837559)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥42,900,000 (Direct Cost: ¥33,000,000、Indirect Cost: ¥9,900,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000)
Fiscal Year 2021: ¥22,360,000 (Direct Cost: ¥17,200,000、Indirect Cost: ¥5,160,000)
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| Keywords | 金属窒化物 / 成膜技術 / 遷移金属多窒化物 |
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| Outline of Research at the Start |
数十ギガパスカル程度の超高圧合成によって近年発見された遷移金属二窒化物の電気抵抗率などの電子物性を，基板上に合成された薄膜試料を用いて測定を行う．まず，電子物性測定に適する薄膜試料の超高圧成膜技術を確立する．そして，電子物性を高精度に測定し，信頼性の高い実験データを取得する．その結果，電子物性を正確かつ詳細に実験的に明らかにして，これまでに解明した結晶構造や電子構造との相関を調査し，遷移金属二窒化物の電子物性の全貌を解明する．これに基づき，ドーピング，元素置換，固溶体化へと展開し，電子磁気相図を作成するとともに，結晶化学と物性物理学に基づいて同物質群の電子物性の制御指針を明示する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
遷移金属窒化物は，硬質性や耐摩耗性，超伝導性など様々な物性を有し，実用材料として用いられる物質も多い．数十GPa以上の超高圧高温下では，二窒化物などの新規な遷移金属多窒化物が合成されている．遷移金属多窒化物に関する理論計算は多数あるが，従来の方法で超高圧合成した試料は微小かつ脆弱であるため実験による物性測定は皆無であった．本研究では前年度までに，基板上に成膜したPtやCrの金属薄膜を直接窒化して，それぞれの二窒化物PtN2とCrN2の薄膜を基板上に成膜することに世界で初めて成功した．そして，PtN2については，電気的・光学的特性を測定し，世界で初めて遷移金属二窒化物の電子物性の測定に成功した．そこで最終年度では，さらに他の系の金属多窒化物に展開して系統的に研究を進めるために，様々な系の金属多窒化物の成膜を目指した．電気抵抗などの電子物性を精度良くかつ確実に測定するためには，単相で成膜されて基板が割れずに常圧回収されることが必須であるが，最終年度において，NiおよびCoの二窒化物であるNiN2とCoN2の薄膜を単相で基板上に成膜し，しかも基板に亀裂が生じない状態で常圧に回収することに成功した．常圧回収した試料の膜性状をSEM-EDXにより観察したところ，NiN2とCoN2ともに，均質で電気抵抗測定などの電子物性測定に十分耐えうる試料であることが判明した．また，得られた薄膜試料を用いて高圧その場ラマン分光測定を行ったところ，解析に十分耐えうるスペクトルが得られた．したがって，レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセル合成システムを使用して，出発物質として基板に蒸着した薄膜金属を窒素流体と反応させることにより遷移金属多窒化物の単相合成が可能となる技術を確立したといえる．これらの試料を用いることにより，電子物性，格子物性，光学物性，磁気電気物性の解明を進めることが可能となった．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Report
(4 results)
Research Products
(137 results)
