外部電場印加により相安定関係を逆転させた大型ランガサイト単結晶の成長法

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17360002
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 宇田 聡 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90361170)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黄 新明 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (80375104) ; 黄 晋二 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50323663) ; 藤原 航三 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70332517)
• Keywords: 結晶成長 / 結晶工学 / 相平衡 / 電場印加 / ランガサイト / 化学ポテンシャル / 電気二重層 / 浮遊溶融帯

Research Abstract

[研究の目的]
外部電場印加により非コングルエント性のランガサイト(La_3Ga_5SiO_<14>:LGS)のコングルエント育成を行う。本年度はまず、外部電場印加による、融液のコングルエント化メカニズムの解析を行う。次に、外部電場を利用したLGSバルク結晶の育成システムを構築する。
[研究成果]
1.コングルエント化に必要な電場を解析した。10^4-10^5/cmの電場が必要となる。一方、融点近傍におけるバルク結晶や融液は、大きな電気伝導性を示すので、600V/cmの電場を外部印加しても、融液内の電場強度は、0.05V/cmとなる。変換に必要な10^4-10^5/cmの電場は、おそらく、白金電極と融液の間に存在する電気二重層にあり、ここで、ランガサイトのコングルエント化が起きると考えられる。解析結果について論文を投稿した。
2.LGSを含む3元系La_2O_3-Ga_2O_3-SiO_2において、電場印加時の融液-固相間の相平衡関係変化を詳細に検討した。検討には、現有の結晶成長その場観察装置および、助成金により購入した示差走査熱量分析装置を用いた。更に、LGSと同じ結晶構造を有し、ランガテイト(La_3Ga_<5.5>Ta_<0.5>O_<14>:LGT)についても検討した。結果を応用物理学会、及び、論文にて発表する。
3.電場の成長ダイナミックスへの影響について、酸化物高温超伝導体のY123(YBa_2Cu_3O_6)を対象にし、溶液成長における成長速度を観察した。その結果、電場は、成長キネティックスに影響をおよぼさず、核形成に必要な過飽和を大きくすることをつきとめた。結果について論文を投稿し、また、応用物理学会にて発表する。
4.電場印加によるバルク結晶の成長では、1500℃のLGS融液に対して電気的絶縁性を保つ、引き上げ炉用のルツボが存在しないので、現有の浮遊溶融帯炉に電場印加機構を付加し改造した。