2020 Fiscal Year Annual Research Report
高周波高密度電流が原子配列に与える「揺さぶり」を利用した自己原子再配列技術の創出
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20H02025
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
徳 悠葵 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (60750180)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
巨 陽 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60312609)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 薄膜 / 密着強度 / 原子再配列 / 電子風力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では金属薄膜を対象に，高周波の高密度電流が原子配列に及ぼす電子風力の周期的「揺さぶり」によって原子の再配列を実現する．また，原子再配列の学理解明のため，高分解能透過型電子顕微鏡（HRTEM）によるその場観察を実施する．さらに，応用上重要な薄膜の品質を定量評価するため，電流印加前後における薄膜の機械特性・電気特性について調査を行う．本年度の研究実績は以下のとおりである．
１：密着強度試験および電流条件の最適化：電流印加前後における金属薄膜には，原子の再配列に伴う機械特性変化が生じる．ここでは，薄膜の機械特性を定量的に評価するため，密着強度試験を実施した．初年度はまず安定金属のAu，酸化しやすいCu，Tiを実験対象として選定し，電流印加前後の機械特性を比較した．その結果いずれの金属に対しても密着強度を向上させることに成功した．
２：電気特性評価：独自に開発したナノ分解能を有するマイクロ波原子間力顕微鏡を本研究対象である金属薄膜の導電性評価に適用すべく，初年度はまず金属・半導体のナノ材料を評価し，独自プローブの分解能について調査を実施した．
３：１０MHｚ以上の高周波電流印加装置の構築：特に高い周波数領域（１０MHz以上）の電流印加を実現するため，電源および電流印加プローブを新規に構築した．
４：電流印加前後における結晶構造変化の解析：各種条件によって変化した試料の結晶構造解析をX線回折装置（XRD）および電子線後方散乱回折（EBSD）により分析した．これにより，本手法によって材料中に結晶粒の増大や双晶構造の増加などが生じることを確認した．
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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
初年度に実施した薄膜の強度試験・導電率評価の実験については概ね順調に進展している．また，概要に述べたとおり，結晶構造の解析により，特殊な結晶状態が増加することも確認されており，当初の計画の想定より多くの知見が得られている．一方，当初予定していた原子配列変化の動的挙動の可視化については，観察用ホルダーの開発に遅れが出ており，次年度の課題となっているが，総合的には初年度は概ね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
２年目の研究計画では引き続き薄膜の強度試験・導電率評価を実施し，異なる材料の特に結晶構造に着目した実験を実施する．また，原子配列変化の動的挙動の可視化に向け，独自の観察用ホルダー開発に着手する．さらに，高周波電流と原子の力学的相互作用と，その結果引き起こされる原子再配列のメカニズム解明を目指し，計算力学による解析に着手する．
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