2019 Fiscal Year Annual Research Report
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19H00862
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
荻 博次 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90252626)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
草部 浩一 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (10262164)
渡邊 幸志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50392684)
長久保 白 大阪大学, 工学研究科, 助教 (70751113)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / グラファイト / 弾性定数 / 熱伝導率 / レーザー超音波 / 第一原理計算 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノダイヤモンド薄膜や多層グラフェン等のナノ炭素材料は、極めて高い弾性率や熱伝導率を示す。その優れたフォノン物性を利用した実用研究が加速する一方、フォノン物性の基礎的理解が追随しているとは言い難い。本年度は、同位体比を制御したホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜およびホモエピタキシャルダイヤモンド超格子薄膜に対して、顕微ピコ秒レーザー超音波法を用いて、膜厚方向の熱拡散率の評価を行った。通常の理論では説明することのできないフォノン特性が観測された。この成果は、Japanese Journal of Applied Physics に掲載された。また、無欠陥のグラファイト単結晶を作製することに成功し、この試料に対して顕微ピコ秒レーザー超音波法により、c軸方向の弾性定数を正確に評価したところ、従来信じられていた値よりも大幅に高いことが判明した。さらに、理論的に短距離電子相関効果から非調和性が強まることを発見し、この実験値を再現することに成功した。これはグラファイトの弾性定数を再現すると信じられていた乱雑位相近似を用いる理論計算に変更が必要であることを強く示す結果である。この成果により、ファンデルワールス力に潜む量子効果がさらに深く理解されることが期待できる。これらの成果は、Physical Review Materialsに掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
同位体ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜の作製および同位体ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜超格子の作製に成功し、さらに、それらに対して膜厚方向の熱拡散率を評価し得たことは、大幅な進展である。また、無欠陥のグラファイト単結晶の作製に成功し、層間相互作用を示すc軸方向の弾性定数の精密測定に世界で初めて成功し、さらに、その結果得られた従来信じられていた値よりも大幅に大きな相互作用があることを発見し、これを説明する理論モデルの構築にまで至った。２本の学術論文のアクセプトにまで至っている点も考慮すると、当初計画よりもかなり進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
同位体ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜の作製および同位体ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜超格子の作製を、同位体比や超格子周期等を変化させて作製し、弾性定数や熱拡散率をピコ秒レーザー超音波法で計測する。また、無欠陥ナノグラフェンのフォノン物性をさらに深く探求する。熱拡散率やコヒーレントフォノンの吸収等を正確に計測し、これらの挙動を説明する理論モデルを構築する。
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