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機能コアのモデリング

計画研究

研究領域機能コアの材料科学
研究課題/領域番号 19H05786
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関名古屋大学

研究代表者

松永 克志  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334310)

研究分担者 吉矢 真人  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (00399601)
中村 篤智  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20419675)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
207,610千円 (直接経費: 159,700千円、間接経費: 47,910千円)
2023年度: 28,860千円 (直接経費: 22,200千円、間接経費: 6,660千円)
2022年度: 41,080千円 (直接経費: 31,600千円、間接経費: 9,480千円)
2021年度: 42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)
2020年度: 44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)
2019年度: 50,440千円 (直接経費: 38,800千円、間接経費: 11,640千円)
キーワード転位 / 粒界 / 電子構造 / 第一原理計算 / 電子伝導 / 熱伝導 / 結晶構造
研究開始時の研究の概要

材料中の結晶欠陥はバルクと異なる原子配列に基づき特異な量子場を形成する。こうした量子場は、材料の各種特性に大きく影響するとともに、多量の希少元素を要することなく新規な機能を発現させるため、その系統的理解が重要な研究課題となっている。そこで本計画研究では、代表的な結晶欠陥である「転位」を主対象として、転位の機能発現の源となる量子場を「転位機能コア」と位置づけ、それと材料機能の相関を解明することで、「機能コアのモデリング」を達成する。

研究成果の概要

転位により発現する新奇な機能が注目されている。その一方で、そのような機能の発現メカニズムは多くが未解明であった。そこで本研究では、実験と理論の両面から転位による機能発現メカニズムを解明することを目的として研究を実施した。まず、第一原理計算を利用してキャリアにより転位で生じる現象の系統的調査を行い、転位とキャリアの相互作用を解明した。また、得られた結果をモデル実験と併せて比較し解析することで、キャリアが転位のすべり運動に大きく作用することを見出した。さらには、転位に由来する熱伝導特性変化の理論的解析を行うことにより、転位組織を通して材料の熱伝導性を制御可能であることを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究において、転位による材料機能発現のメカニズムを系統的に検討した結果、転位と光や熱、電子との相互作用について、これまでに無い、より体系的な理解が得られ、転位による機能発現メカニズムを説明することが可能となった。また、この研究成果に伴い、転位による従来にない発光特性の発現を発見した。これにより、転位を用いた材料開発が世界的にも注目される研究分野へと成長した。さらには、転位組織を作り込むことで材料の熱伝導性を制御する指針も得られた。このように、材料機能を悪くすると考えられていた転位を、逆転の発想で積極的に利用した材料機能の開発を現実にした点は本研究の大きな意義と言える。

報告書

(6件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 5件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Bringing the photoplastic effect in ZnO to light: A photoindentation study on pyramidal slip2024

    • 著者名/発表者名
      Oguri Hiroto、Li Yan、Tochigi Eita、Fang Xufei、Tanigaki Kenichi、Ogura Yu、Matsunaga Katsuyuki、Nakamura Atsutomo
    • 雑誌名

      Journal of the European Ceramic Society

      巻: 44 号: 2 ページ: 1301-1305

    • DOI

      10.1016/j.jeurceramsoc.2023.09.060

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Photoplastic effect in MgO single crystals2023

    • 著者名/発表者名
      Ogura Yu、Tsuchiya Yuki、Hoshino Sena、Yokoi Tatsuya、Matsunaga Katsuyuki
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 131 号: 10 ページ: 628-631

    • DOI

      10.2109/jcersj2.23060

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2023-10-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct observation of intrinsic core structure of a partial dislocation in ZnS2023

    • 著者名/発表者名
      Feng Bin、Hoshino Sena、Miao Bin、Wei Jiake、Ogura Yu、Nakamura Atsutomo、Tochigi Eita、Matsunaga Katsuyuki、Ikuhara Yuichi、Shibata Naoya
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 131 号: 10 ページ: 659-664

    • DOI

      10.2109/jcersj2.23065

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2023-10-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain-rate insensitive photoindentation pop-in behavior in ZnS single crystals at room temperature2023

    • 著者名/発表者名
      Li Yan、Oguri Hiroto、Matsubara Ayaka、Tochigi Eita、Fang Xufei、Ogura Yu、Matsunaga Katsuyuki、Nakamura Atsutomo
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 131 号: 10 ページ: 685-689

    • DOI

      10.2109/jcersj2.23064

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2023-10-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced reduction of thermal conductivity across kink dislocation textures in magnesium oxide2023

    • 著者名/発表者名
      Sekimoto Wataru、Fujii Susumu、Yoshiya Masato
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 131 号: 10 ページ: 595-599

    • DOI

      10.2109/jcersj2.23066

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2023-10-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Shedding new light on the dislocation-mediated plasticity in wurtzite ZnO single crystals by photoindentation2023

    • 著者名/発表者名
      Li Yan、Fang Xufei、Tochigi Eita、Oshima Yu、Hoshino Sena、Tanaka Takazumi、Oguri Hiroto、Ogata Shigenobu、Ikuhara Yuichi、Matsunaga Katsuyuki、Nakamura Atsutomo
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science and Technology

      巻: 156 ページ: 206-216

    • DOI

      10.1016/j.jmst.2023.02.017

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] High-Density Frenkel Defects as Origin of N-Type Thermoelectric Performance and Low Thermal Conductivity in Mg3Sb2-Based Materials2021

    • 著者名/発表者名
      T. Kanno, H. Tamaki, M. Yoshiya, H. Uchiyama, S. Maki, M. Takata, Y. Miyazaki
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 31 号: 13 ページ: 2008469-2008469

    • DOI

      10.1002/adfm.202008469

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Advanced superhard composite materials with extremely improved mechanical strength by interfacial segregation of dilute dopants2020

    • 著者名/発表者名
      T. Nishi, K. Ktsunaga, T. Mitsuoka, Y. Okimura, Y. Katsu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 21008-21008

    • DOI

      10.1038/s41598-020-78064-0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantitative prediction of grain boundary thermal conductivities from local atomic environments2020

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, T. Yokoi, C. A. J. Fisher, H. Moriwake, M. Yoshiya
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 1854-1854

    • DOI

      10.1038/s41467-020-15619-9

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Neural-network interatomic potential for grain boundary structures and their energetics in silicon2020

    • 著者名/発表者名
      T. Yokoi, Y. Noda, A. Nakamura, K. Matsunaga
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 4 号: 1 ページ: 14605-14605

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.4.014605

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dependence of excess vibrational entropies on grain boundary structures in MgO: A first-principles lattice dynamics2020

    • 著者名/発表者名
      T. Yokoi, Y. Arakawa, K. Ikawa, A. Nakamura, K. Matsunaga
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 4 号: 2 ページ: 26002-26002

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.4.026002

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Electronic and Atomic Structures of Crystal Defect Cores in Advanced Materials2023

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Matsunaga
    • 学会等名
      The 3rd Materials Research Meeting (MRM 2023) / The 24th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum structures of dislocation cores in inorganic semiconductor crystals2023

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Matsunaga
    • 学会等名
      The 4th Workshop on Functional Materials Science (FMS2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 機能コアの計算設計2023

    • 著者名/発表者名
      松永克志
    • 学会等名
      日本金属学会 2023年秋期(第173回)講演大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能コアに基づく材料科学の確立に向けて2020

    • 著者名/発表者名
      松永克志
    • 学会等名
      日本金属学会 2020年秋期(第167回)講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] SrTiO3小角粒界における転位と電気特性2019

    • 著者名/発表者名
      丸山凌平
    • 学会等名
      日本金属学会主催 第2回材料機能特性のアーキテクチャー研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 暗室下で発現する無機化合物結晶の柔軟性と転位欠陥2019

    • 著者名/発表者名
      松永克志、 大島優、 中村篤智
    • 学会等名
      第13回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 機能コアの材料科学

    • URL

      https://www.core.mp.pse.nagoya-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-07-04   更新日: 2025-01-30  

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