2015 Fiscal Year Annual Research Report
蛍光粒子を用いたコロイド結晶成長中の不純物分配過程の解明
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26870047
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
野澤 純 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (60569317)
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2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | コロイド結晶 / 不純物分配 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サブミクロンサイズの微粒子が規則配列したコロイド結晶は，フォトニック結晶や波長可変レーザなどの光エレクトロニクスにおける革新的な材料へ応用することが可能である．しかしながら，不純物粒子の結晶への取り込みが結晶性や機能性を低下させる主原因となっている．結晶育成中に不純物挙動を制御する技術を確立するために，コロイド結晶の不純物分配メカニズムを明らかにする事が本研究の目的である．不純物に蛍光粒子を用いた本申請によって，コロイド結晶成長中の詳細な不純物分配過程が明らかとなった．特に，目的として定めた結晶方位と粒界が不純物分配に与える影響を定量的に示すことに成功した．これらはコロイド結晶成長中の不純物分配制御を大きく前進させる新しい知見である．
不純物分配の結晶方位に対する異方性は，鉱物中のセクター構造などで報告がされているが，成長速度などに対する定量的な研究例はこれまでなかった．コロイド結晶成長において，異なる結晶方位に対して不純物の分配挙動が異なる事をはじめて発見し，成長速度に対する不純物濃度の変化と，その原理を粒子の体積分率をもちいたエネルギーの観点から説明することに成功した．
さらに，粒界を含む多結晶コロイド結晶成長中の不純物分配について明らかにした．粒界は結晶粒よりも不純物濃度が高くなる事がその場観察によって示された．その濃集の仕方は，通常の結晶成長で予測されているようなアニーリング中に不純物が粒界に集まるのではなく，結晶成長中に粒界に取り込まれることが示された. また，粒界が固液界面に露出する場所に凹みが形成される．この凹みが不純物の融液中の分布や粒界に取り込まれる不純物量を変化させる事を発見した．これらの成果は，コロイド結晶の不純物分配や組織制御を行う際の重要な指針となる．
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