2023 Fiscal Year Annual Research Report
電子・陽電子プローブによって解き明かす酸窒化クロム膜における超秩序構造の階層性
Publicly Offered Research
| Project Area | Progressive condensed matter physics inspired by hyper-ordered structures |
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| Project/Area Number |
23H04094
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
北浦 守 山形大学, 理学部, 教授 (60300571)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 電子分光 / 陽電子消滅分光 / クロム化合物 / DFT計算 / 原子分解能ホログラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化マグネシウム基板上にエピタキシャル成長させた酸窒化クロム膜は岩塩構造をとり、部分的にコランダム構造が積層欠陥として導入される。その結果、酸窒化クロム膜の硬度は硬質膜として実用化されている窒化クロムよりも高くなる。これはいわゆるラメラ構造が形成されるためと考えられている。ラメラ構造の形成と膜の高硬度化には酸素ドープが重要な役割を果たすと考えられるが、酸素が果たす役割は全くの手付かずであった。そこで、まず微量な酸素の局所構造を解き明かすために、光電子ホログラフィーの実験をSPring8のBL25Suで行なった。4%酸素ドープした窒化クロム膜における窒素と酸素の1s光電子ホログラムを室温で測定した結果、2つのホログラムは互いにほぼ一致しており、窒化クロム膜にドープされた酸素は窒素位置を占めることを明らかにした。
酸素が窒素サイトを占める場合には電荷補償が必要であり、補償体として原子空孔が導入されると考えられる。窒素と酸素の価数を考慮するとクロム単空孔が導入されると予想される。そこで、酸素ドープによって窒化クロム膜にクロム単空孔が導入されるかどうかかを明らかにするために、産総研において陽電子ビームを用いて陽電子消滅寿命分光を行い、その結果を密度汎函数理論(DFT)に基づく第一原理計算によって解析した。欠陥モデルとしてクロム単空孔以外に窒素サイトの酸素と窒素空孔を考慮した。相対強度の約9割を超える主成分の陽電子消滅寿命は約164 psであり、DFT計算で決定したクロム単空孔での陽電子消滅寿命(=174 ps)と近い。この事実は酸素ドープした窒化クロム膜にはクロム単空孔が含まれることを示しており、酸素ドープが及ぼす影響を探る上で極めて有用な知見である。
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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
予定していた実験はほぼおえることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
クロム単空孔近傍に酸素が存在して複合欠陥対を形成するかどうかを明らかにするために、光電子ホログラフィーのホログラム解析と像再生解析を行っている。また、陽電子消滅同時係数ドップラー広がり(CDB)法の測定を行って、その解析に取り組みはじめた。解析の進展とともに、追加の実験を要するかもしれないので、その場合には再度実験を行いたい。
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[Presentation] Local structures of Tm ions in Ca2Al2SiO7:Eu,Tm long persistent phosphorescence phosphor studied by X-ray fluorescence holography and positron annihilation lifetime spectroscopy2023
Author(s)
M. Kitaura, H. Masai, S. Watanabe, Y. Yamamoto, T. Kato, K. Kimura, N. Happo, K. Hayashi, S. Kodama, H. Takeda, T. Nakanishi
Organizer
9th International Conference on Optical Materials
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Identification of zinc and vacancy sites in zinc-doped gamma-CuI crystal by X-ray fluorescence holography and positron annihilation spectroscopy2023
Author(s)
M. Kitaura, K. Kimura, N. Happo, S. Watanabe, K. Michishio, H. Sekhar, K. Hayashi, M. Ishizaki, A. Ohnishi
Organizer
International Conference on Complex Orders in Condensed Matter:aperiodic order, local order, electronic order, hidden order
Int'l Joint Research
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[Presentation] PEHとGiPALSによって調べたMg2Sn結晶における アンチモン添加効果2023
Author(s)
隅 琢磨, 北浦 守, 橋本由介, 松下智裕, 平 義隆, 渡邊真太, 黄 志成, 林 慶, 宮﨑 讓, 石崎 学, 大西彰正
Organizer
UVSORシンポジウム2023
