2019 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | New Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores |
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| Project/Area Number |
19H05789
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
阿部 真之 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00362666)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 隼人 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (10595440)
稲見 栄一 高知工科大学, システム工学群, 准教授 (40420418)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 非接触原子間力顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡 / 高速原子間力顕微鏡 / パルスレーザー堆積法 / 光触媒 / 金属酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者が保有する金属酸化物表面清浄化技術を駆使し、欠陥の状態がコントロールされている原子レベルで平坦な表面試料（機能コア清浄表面）を作製し、外場が与えられたときに、それら欠陥がどのように振舞うのかを原子～サブミクロンレベルで系統的に明らかにする実験を行った。具体的には、パルスレーザー堆積法（PLD）によって欠陥や構造を制御した様々な機能コア清浄表面を実現し、非接触原子間力顕微鏡（NC-AFM）と走査型トンネル顕微鏡（STM）による原子レベルの構造と局所電子状態を詳細に解析した。表面の反応性に関しては、X線光電子分光を用いてリアルタイム測定を行った。さらに、それらの表面において、外場がどのように機能コア表面に作用しているのかをビデオレートで撮像可能な高速AFMを用いてナノ～サブマイクロメートルの超時空分解能観察を行った。 また、NC-AFM/STM測定に関しては、より安定でかつ高空間分解能の測定を行うために、極低温環境下で動作する薄膜作製・評価複合装置の開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ルチル型TiO2表面において(1x2)表面構造における詳細な解析を行った。具体的には、NC-AFMによるリンク構造の超高分解能測定、水に対する反応性の確認をSTMを用いて行った。(1x2)構造は(1x1)構造にくらべて水に対する反応性が非常に低いことがわかった。また、２年目以降、本研究の目的で専用に使用するための装置の整備を行った。極低温環境下で動作する原子間力顕微鏡/走査型トンネル顕微鏡とパルスレーザー堆積法装置、反射高速電子線回折を組み合わせた、薄膜作製・評価複合装置を開発した。高速原子間力顕微鏡に関しては、紫外線レーザーを組み込んだ光触媒反応専用装置を立ち上げた。光触媒による窒素（N）ドーピングの効果を、軟X線光電子分光（XPS）を用いて行い、ルチル型とアナターゼ型の反応性の違いについて検討を行った．その結果、加熱していない場合においてもN1sピークがあり、バルクで窒素とTiO2基板が反応している可能性があることがわかってきた。今年度の発見は新しい窒素ドーピング技術としての可能性があることから、特許出願を行った。さらに、窒素ドープに関してはNC-AFM/STMでも測定できるように準備を開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
NC-AFM/STM/PLD複合装置と高速AFMの技術を駆使し、欠陥の状態が制御されている機能コア清浄表面が、外場と相互作用した場合にどのように働くのかを、原子からサブミクロンレベルで系統的に明らかにする。具体的には、初年度に立ち上げた専用装置を用い、（１）欠陥や構造を制御した機能コア清浄表面の実現を行う。次に、（２）原子分解能による機能コア清浄表面の原子レベル解析を原子分解能NC-AFMおよびSTMを用いて行う。さらに、（３）外場印加型高速AFMによる機能コアダイナミクス観察を、上記で測定した機能コア清浄表面が、反応場においてどのような機能を示すのかを、ビデオレートで動作する高速AFMを用いて測定する。具体的な材料としては、酸化チタンの異なる結晶構造である、ルチル型とアナターゼ型の光触媒反応の違いを明確にする。
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