Study on structural heterogeneity on the surface of amorphous materials

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04872
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: Osaka University (2022-2023); Tohoku University (2021)
• Principal Investigator: Nakayama Koji 大阪大学, 産業科学研究所, 特任准教授(常勤) (50312640)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡田 純平 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (90373282)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: アモルファスシリコン

Outline of Final Research Achievements

We worked on elucidating the heterogeneity of amorphous structures at the atomic scale, with respect to the atomic arrangement structures of glasses and amorphous materials. We succeeded in forming an amorphous surface structure on a Si(111) surface rapidly cooled in an ultra-high vacuum atmosphere. We succeeded in obtaining two-dimensional atomic coordinate data in real space using an ultra-high vacuum scanning tunneling microscope. Since this atomic coordinate data is pure numerical data without approximations, we succeeded in deriving a radial distribution function. On the other hand, although persistent homology analysis was applied to the obtained experimental data, clear indicators that could be used to discuss the heterogeneity of atomic arrangements could not be obtained. In order to realize this, advice from experts in mathematical analysis will be required.

Free Research Field

材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究において、非晶質構造の定量分析が可能になったものの、原子分布の不均一性まで分析結果が意味のある結果が得られなかった。その一方、Siの過冷却状態がAg-Si合金共晶合金の共晶点において深く過冷却されることから、本研究では超高真空中で表面層のみが非晶質Siであったものが、マイクロサイズの合金粒子においても非晶質Siが実現できるのではないかと発想を得て、これを実施したところ、Ag-Si合金粒子には非晶質Siが生成していることを見出した。これにより、表面のみならずバルク単位での非晶質Siが作製でき、非晶質Siの原子配列の定量分析へ将来的に適用できる可能性が開けた。