Revealing mechanisms of photo-induced dynamics in ordered/disordered materials by theory and experiments

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05103
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Miyamoto Yoshiyuki 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (70500784)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 善恵 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20509129)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: レーザー加工 / 酸化物ナノ粒子 / パルス数制御 / 第一原理計算 / 比熱的平衡ダイナミクス / 電子格子ダイナミクス

Outline of Final Research Achievements

An experimental technique to control number of laser pulses irradiated on nanoparticles was established. Using this technique, the chemical composition and vacancy density of irradiated particles were found to be controlled by number and power of laser pulses. A code was developed that can reduce the model size for simulating laser induced reaction at TiO2/ethanol interfaces. The TiO2 and ethanol was found to be intact with laser being separated but reactive being together showing proton movement from ethanol molecules to TiO2 surface. These results support the experimental results of increased absorption in the visible region, suggesting the presence of trivalent Ti due to the reduction of irradiated TiO2 particles in ethanol. Laser-induced dynamics of the carbon nanotubes and metal surfaces were also studied.

Free Research Field

固体物性理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

材料の加工・改質技術として注目されているレーザー加工工程における、物質内の過程を調べるための実験的手法と理論的手法を同時に開発することができ、得られた研究成果を用いて狙った方向の物質加工・改質を行うことが可能となっている。この技術を用いて、通常の熱力学的な条件では達成しない新規材料の発見や、材料加工・改質によるナノスケール材料科学の発展に貢献することが期待される。学術的にはレーザーによる物質と光との相互作用が、温度の定義できない熱的非平衡状態を経由した相変化を起こす工程を調べる手段が確立しつつあり、この研究を発展させれば、高速ダイナミクスを理解する凝集系物理学の提唱・確率が期待される。