Crystallography based on "crystal structure transformation induced by topological defects"

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20448
• Project/Area Number (Other): 19H05529 (2019)
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2020); Single-year Grants (2019)
• Review Section: Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Aida Takuzo 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00167769)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2023-03-31
• Keywords: 結晶成長 / 欠陥 / らせん転位

Outline of Final Research Achievements

The stepwise crystallization discovered by the Principal Investigators through this study is the first example of a direct link between the topological defects provided by Screw Dislocation and the crystal nucleation/growth process. The observations that (1) 2D crystallization (kinetic dominance) precedes 3D crystallization (thermodynamic dominance) and (2) 3D crystal nucleation and growth occur from the center of the 2D crystal in a manner that consumes the 2D crystal have enabled many experiments and verifications that were previously impossible.

Free Research Field

超分子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

「Nucleation & Growth」はあらゆる組織化の基本的な考え方である。機器分析の発展により最近では、結晶成長過程の可視化に加え、結晶核形成の観測が試みられはじめている。結晶核形成はこれまで、理論上の仮説に過ぎなかったプロセスである。結晶核形成には高いエネルギーを有する不飽和なサイトが必須であり、多くの結晶系で観測されているScrew Dislocationがそのような高エネルギー不飽和サイトを担っているのではないかと考えられてきた。なぜならScrew Dislocationの中心部がトポロジカル欠陥として機能し得るからである。申請者は本研究を通じてその仮説を初めて実証した。