Design of a novel multi-scale solid phase reaction process by electronic state control

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21129
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Sato Kazuhisa 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 准教授 (70314424)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: 内殻電子励起 / 局在表面プラズモン / 格子変調 / 固相反応 / 電子状態

Outline of Final Research Achievements

We attempted to produce a novel multi-scale solid phase reaction process by combining electronic excitation and localized surface plasmon resonance (LSPR). When the dose of the irradiated electron (75 keV) is below the threshold (about 10 to the 23rd power e/m2), lattice expansion of Cu and Au nanoparticles, possibly induced by LSPR, was detected during the laser irradiation with wavelength of 532nm, while metal silicide was not formed. On the other hand, when the dose exceeds the threshold (about 10 to the 26th power e/m2), metal silicide was formed only by 75 keV electron irradiation. It was found that supply of Si by dissociation of amorphous SiO2 is indispensable for the progress of the interfacial solid phase reaction.

Free Research Field

材料科学、電子顕微鏡学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子励起による原子移動を利用することにより、熱処理では進行し得ない固相反応が常温で進行する場合がある。本研究では、電子励起とともに局在表面プラズモン共鳴(LSPR)による格子変調を協奏的に組み合わせて原子移動を活性化し、常温で化合物を自在に形成する新規固相反応プロセスの創出を試みた。電子励起とLSPRとの協奏効果を直接検証するには至っていないが、電子励起による酸化物の解離が固相反応の起点と考えられることなど、反応プロセス確立に必要な要件等が明らかになりつつある。反応領域をナノからサブミリメートルまでマルチスケールに選択できる点が本提案手法のユニークな特徴であり、広範な分野への応用が期待される。