超高圧電顕法によるクラスターの自発的合金化とその結合状態の解析

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05214209
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 保田 英洋 大阪大学, 工学部, 助手 (60210259)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 広志 近畿大学, 理工学総合研究所, 教授 ; 森 博太郎 大阪大学, 超高圧電顕センター, 助教授 (10024366)
• Keywords: 原子クラスター / 超微粒子 / 電子顕微鏡法 / その場観察 / 化合物半導体 / 金属間化合物 / 高速拡散

Research Abstract

我々のグループでは、これまでに数nm程度の結晶の単体物質クラスター(例えば、Au,Cu,In等)に室温あるいはそれ以下の温度で異種原子を蒸着すると、バルク固体の拡散係数からは予測しえないような急速な合金化が起こり、固溶体合金あるいは化合物クラスターが生成することを電顕内その場観察法によって調べ報告してきた。本研究では、この自発的合金化の機構を明らかにするために、さらにその詳細について調べ、以下のことを解明した。
(1)Auクラスター中へのCu原子の自発的合金化による固溶体合金クラスター生成を原子的尺度で電顕内その場観察し、その過程がquasi-melting状態ではなく固相状態であることを示した。
(2)Pbクラスター中へのAu原子の自発的合金化による化合物クラスター生成を動的に高分解能観察し、合金化はPbクラスター中の双晶等の微細構造に依存せず、クラスター中のAu濃度が化学量論組成に達すると同時に粒子全体が単結晶化合物に変態する過程を経ることをとらえた。
(3)Alクラスター中へのSb原子の自発的合金化によって生成するAl-Sb合金クラスターはアモルファス構造をとるが、AlクラスターのコアをInとする結晶性は向上し、ZnS構造のAlSbクラスターが生成する。従って、Al-Sb合金のように共有・イオン結合によって支配される固体において、そのクラスターの原子構造は結合の柔軟性と結晶核生成確率とのバランスによって支配されることがわかった。

Research Products

• [Publications] H.Yasuda et al.: "Spontaneous alloying of copper atoms into gold clusters at reduced temperatures" Journal of Applied Physics. 73. 1100-1103 (1993)
• [Publications] H.Mori et al.: "Formation of AuSb_2 compound clusters by spontaneous alloying" Intermetallics. 1. 35-40 (1993)
• [Publications] H.Mori et al.: "Effect of cluster size on the chemical order in Cu-Au compound clusters" Proc.3rd Japan Int.SAMPE symp.Dec.7-10. 1270-1273 (1993)
• [Publications] H.Yasuda et al.: "Spontaneous alloying in nm-sized atom clusters" Defect and Diffusion Forum. 95-98. 697-702 (1993)
• [Publications] H.Mori et al.: "High-resolution electron microscopy study of spontaneous alloying in gold clusters" Philosophical Magazine Letters. (印刷中). (1994)
• [Publications] H.Yasuda et al.: "Cluster-size dependence of alloying bihavior in gold clusters" Zeitschrift fur Physik D. (印刷中). (1994)