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Growth and structural analysis of metal oxide-based quasicrystal thin films

Publicly Offered Research

Project AreaHypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space
Project/Area Number 20H05267
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

柚原 淳司  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10273294)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Keywords酸化物準結晶 / 結晶成長 / 組成評価 / 構造解析 / 酸化物近似結晶 / 超薄膜 / 近似結晶 / 構造解明
Outline of Research at the Start

2013年、Pt(111)表面上においてBa-Ti-O系金属酸化物が準結晶超薄膜を形成することが明らかとなった。しかしながら、その構造モデルの解明には未だ至っていない。その主たる原因は、準結晶超薄膜の組成が解明できていないためである。本研究では、Ba-Ti-O準結晶薄膜を広い範囲で作製し、その組成と準結晶を構成するクラスターの結晶構造を明らかにする。具体的には、LEED-AES-XPS -STM-RBS法からなる複合解析と第一原理計算によるクラスター構造のエネルギー安定性の評価、さらには、シミュレーションSTM像と実験STM像との比較から準結晶の構造を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本公募研究では、酸化物準結晶であるBa-Ti-O系ハイパーマテリアル超薄膜の創製方法を確立するとともに、低速電子回折、オージェ電子分光、X線高電子分光、走査型トンネル顕微鏡、ラザフォード後方散乱分光からなる複合解析により組成と原子密度を解明することができた。さらに、Pt(111)表面上にBa-O系超薄膜を種々の組成で作製し、そこへチタンを蒸着することで、広い組成範囲にわたり準結晶及び近似結晶の形成のしやすさやこれまでに発見されていない相の有無について系統的に調べた。これらの複合的な実験結果をもとに、Ba-Ti-O系ハイパーマテリアル超薄膜の構造モデルを提案することができた。
酸化物ハイパーマテリアルに関する学術論文を2報発表するとともに、学会発表、国際会議発表、書籍の分担執筆をした。コロナ禍ではあったが、東京理科大学田村研究室のポスドクを外部研究者として6週間受け入れ、金属間化合物準結晶表面の原子スケールSTM観察に関する共同研究も順調に開始することができた。
さらに、酸化物ハイパーマテリアルの機能開拓に向けて、希土類酸化物ハイパーマテリアルの創製研究に取り組んできた。具体的には、Ce-Ti-O系ハイパーマテリアルの創成研究に取り組み、近似結晶相の創成に成功した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Growth of Ba-O ultrathin films on Pt(1 1 1) followed by Ti incorporation to prepare oxide crystalline approximants and quasicrystals2021

    • Author(s)
      Li Xu、Horiba Keito、Sugiura Ryoichi、Yamada Tomoaki、Yuhara Junji
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 561 Pages: 150099-150099

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2021.150099

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth and composition of an ultrathin Ba-Ti-O quasicrystal film and its crystalline approximant on Pt(111)2020

    • Author(s)
      Yuhara Junji、Horiba Keito、Sugiura Ryoichi、Li Xu、Yamada Tomoaki
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 4 Issue: 10 Pages: 103402-103402

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.4.103402

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Hexagonal approximant of Ce-Ti-O thin film on Pt(111)2022

    • Author(s)
      Xu Li, Tsunetomo Yamada, Ryuji Tamura, Junji Yuhara
    • Organizer
      第26回準結晶研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Pt(111)基板上のBa-O系超薄膜表面上へのTi蒸着による酸化物準結晶の創製と構造評価2021

    • Author(s)
      李 旭、堀場圭人、杉浦諒一、山田智明、柚原淳司
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth of Metal Oxide Ultrathin Films on Pt(111) Followed by Ti Incorporation to Prepare Oxide Crystalline Approximants and Quasicrystals2021

    • Author(s)
      Xu Li, Keito Horiba, Ryoichi Sugiura, Tomoaki Yamada, Junji Yuhara
    • Organizer
      Material Research Meeting 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 金属酸化物からなるハイパーマテリアル超薄膜の創製2021

    • Author(s)
      柚原 淳司
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会 シンポジウム講演
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Ba-O 超薄膜表面上の Ba-Ti-O 準結晶薄膜の創製2020

    • Author(s)
      李 旭,杉浦 諒一,堀場 圭人,山田 智明,柚原 淳司
    • Organizer
      第25回準結晶研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Book] 固体物理 特集号「ハイパーマテリアル」トピックス「金属酸化物からなるハイパーマテリアル超薄膜の創製」2021

    • Author(s)
      柚原淳司
    • Total Pages
      7
    • Publisher
      アグネ技術センター
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      https://yuhara.nucl.nagoya-u.ac.jp

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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