| Project Area | New Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores |
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| Project/Area Number |
19H05788
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柴田 直哉 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10376501)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 剛久 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20220478)
石川 亮 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (20734156)
馮 斌 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (20811889)
栃木 栄太 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (50709483)
関 岳人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90848558)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥210,210,000 (Direct Cost: ¥161,700,000、Indirect Cost: ¥48,510,000)
Fiscal Year 2022: ¥40,430,000 (Direct Cost: ¥31,100,000、Indirect Cost: ¥9,330,000)
Fiscal Year 2021: ¥43,810,000 (Direct Cost: ¥33,700,000、Indirect Cost: ¥10,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥57,330,000 (Direct Cost: ¥44,100,000、Indirect Cost: ¥13,230,000)
Fiscal Year 2019: ¥38,870,000 (Direct Cost: ¥29,900,000、Indirect Cost: ¥8,970,000)
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| Keywords | 原子分解能局所電磁場観察 / 機能コア電磁場 / 機能コア3次元原子構造 / 機能コア電子状態 / 機能コアその場観察 / 機能コア３次元原子構造 |
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| Outline of Research at the Start |
先進材料の諸特性は、材料内部に形成される種々の欠陥における量子場、すなわち「機能コア」に起因している。本研究では最先端の超高分解能電子顕微鏡を更に進化させ、局所量子場の直接観察手法を確立し、機能コアにおける構造と量子場の同時直接観察を目指す。これらの技術を様々な機能コアに応用し、本領域の理論解析班およびプロセス制御班と密接に連携する事で、機能コアにおける材料特性発現メカニズムの本質的解明と機能コアに基づく材料創製指針の構築を目指す。これらの研究を通じて機能コアに基づく新たな材料科学の学理構築を最終的な目標とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は下記の成果が得られた．
①機能コア局所電磁場の直接定量計測手法の開発： 本年度は引き続き微分位相コントラスト(DPC)-STEMによる局所電磁場の超高空間分解能定量観察手法の開発に重点的に取り込んだ．系統的な観察実験と多波動力学回折理論に基づいたシミュレーションの両面から検討を進めた結果、電子プローブを多様な角度に傾斜して入射しながら結像し、得られた像を重ね合わせ平均することによって、回折コントラストの大幅な軽減が可能になることが明らかとなった. この結果をもとに、ビーム傾斜スキャンニング法をSTEM装置に実装し、スキャン中に多数の入射方向にビーム傾斜することで、1回の観察で複数の入射方位から観察したDPC像を平均化した像を取得できるシステムを構築した．さらに本手法を用いて、多結晶磁石材料における磁区構造の明瞭な観察に成功した．
②原子分解能３次元機能コア構造・組成計測手法の開発： 大収束角電子プローブによる高深さ分解能原子分解能STEM観察法では、低次の収差が問題となり、本年度はその収差を補正するプログラムを設計した．既存のSTEMに搭載してその性能について検証を行った結果、63mradの大収束角においても自動的に低次収差を取り除くことが可能となった．
③機能コアその場観察・物性計測手法の開発：本年度の特筆すべき成果として、粒界移動現象の原子レベル直接観察に成功した．その結果、粒界エッジ原子が特定の方向にシャッフルすることで粒界移動現象が発生し、またその移動に伴い、粒界の構造ユニットが逐次変化することが明らかになった．
④他班との機能コア材料連携研究: 他班と密接に連携研究を行うことに加え、本研究領域が主催する全体会議、公開シンポジウム、学会において成果発表や議論を通して交流を深めた．さらに本年度は「若手コラボツアー」を主催し、学生、ポスドクの交流・育成を図った．
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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
①機能コア局所電磁場の直接定量計測手法の開発、②原子分解能３次元機能コア構造・組成計測手法の開発、③機能コアその場観察・物性計測手法の開発、④他班との機能コア材料連携研究のいずれの研究項目も計画通りに進んでおり、一定の成果が得られている. また、国際学術論文も多数発表できており、順調に進んでいると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度以降は以下の研究項目を重点的に推進する予定である.
①原子分解能機能コア局所電磁場の観察：傾斜平均化DPC-STEM法を用いて界面機能コアの局所電磁場観察を行い、異相界面や粒界機能コア量子場の直接観察を試みる．②原子分解能３次元機能コア構造・組成計測手法の開発：これまでに確立した高深さ分解能原子分解能STEM観察法を用いて、金属微粒子や表面構造などの表面機能コアや粒界機能コアの3次元原子構造観察を試みる．③原子スケール機能コア電子状態計測手法の開発：原子分解能STEM－EELS法を用いて、粒界機能コアのフォノン状態計測を積極的に展開する． ④機能コアその場観察・物性計測手法の開発：これまでに確立した原子分解能その場観察手法に基づいて、応力、電場、電子線照射など外場印可による機能コアの原子構造、化学組成、電子状態の応答を直接観察する． ⑤他班との機能コア材料連携研究：他班との連携を一層深め、当班の解析結果に対する理論的研究や他班の研究課題に対する解析支援を行い、領域一丸となって機能コアの解明を目指す．
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