2019 Fiscal Year Annual Research Report
機能性材料の転位における原子・電子構造解析と機能発現機構解明
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18H03840
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中村 篤智 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20419675)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
栃木 栄太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50709483)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 機能性材料 / 転位 / 原子・電子構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
転位は，結晶性材料において原子配列の連続性が局所的に乱れた線状欠陥である．機能性材料において，転位はしばしば電子構造上の特異点となり，材料の機能的特性を低下させる．しかし，機能特性における転位の影響に関する研究のほとんどが間接的な計測からの推察に基づくものであり，実際の転位の機能についてはその多くが不明なままとなっている．本研究では，転位分布およびコア構造制御が施された転位を機能性材料中に形成させ，転位の原子・電子構造を高性能電子顕微鏡法により解析するとともに，機能性材料における転位が材料の機能的性質や機械的特性に及ぼす影響を評価している．
昨年に引き続き，双結晶法を用いて酸化物の小角粒界を人工的に作製するとともに，その電気伝導特性を中心とした評価を行った結果から，転位は、そのバーガースベクトルに依存して電気伝導特性に違いが生じることが確認された。また、原子間力顕微鏡による測定から，転位により生じる電気伝導が転位近傍で局所化していることが確認された．
最先端電子顕微鏡による電子構造解析からは、転位コアにおいて電子構造変化が認められた．このとき、積層欠陥領域において電子構造の変化が小さく，部分転位コアでの変化は大きいことが確認された．これは積層欠陥が比較的安定した構造であるためと考えられる．また，電子顕微鏡による電子構造解析において，転位コアでは結合数が異なることから，想定外の電子構造を形成しており，元素の価数評価にあたって電子顕微鏡データの解釈に十分注意が必要であることを見出した．
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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
双結晶作製および転位の電子・原子構造解析は順調に成功しており，転位の電気伝導特性評価も順次行っている．電子顕微鏡による電子構造解析からは、転位コアにおいて電子構造変化を検出した．また，酸化亜鉛結晶の変形試験結果から，キャリア濃度やひずみ速度が材料の性質に想定外の影響を与えることが明らかになりつつある．機能性材料における転位と電子・原子構造解析と機能評価は順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，転位間隔の違いによる特性の違いを調査するとともに，転位のスペースチャージ制御に挑戦する．また，機能性材料において，電子やホールの移動度と転位の移動度との差が材料特性に及ぼす影響を調査していく．
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