Atom-by-atom imaging of ion dynamics in nano-structures for materials innovation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H06094
• Research Category: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering; Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ikuhara Yuichi 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70192474)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柴田 直哉 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10376501) ; 中村 篤智 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20419675) ; 石川 亮 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (20734156) ; 馮 斌 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (20811889) ; 栃木 栄太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50709483) ; 溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334) ; 関 岳人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90848558) ; 松永 克志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334310)
• Project Period (FY): 2017-04-25 – 2022-03-31
• Keywords: 原子・イオン / 格子欠陥 / ダイナミクス / TEM/STEM / その場観察

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have evolved advanced atomic-resolution S/TEM into “the direct observation method for dynamics of atoms and ions”. The newly developed fast electron beam scanning/detecting systems and environmental control holders enabled us to reveal atomic-scale materials phenomena unknown so far, such as dislocation behavior, crack propagation, atomic diffusion, and grain boundary migration. These results led the elucidation of the correlation between nanostructures and functional properties. The primary achievement of the present project is to establish the nanostructure design methods and the construction of the fundamental principles for materials development.

Free Research Field

材料科学、粒界／界面、電子顕微鏡法

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究から生み出された“原子・イオンダイナミクスの直接観察法”は、材料科学における新たな計測手法であるのみならず、これまでブラックボックスであった材料ナノ構造と機能特性との相関性の根本的な理解につながり、その学術的意義は極めて大きい。また、得られた成果は、材料ナノ構造のダイナミクスを利用した構造・機能材料の設計・開発に直結し、材料開発分野ならびに産業応用分野へのさらなる波及効果が期待できる。