| 研究概要 |
双結晶MgOは表面が(100)面で[010]方向間の角度が24°の傾角粒界を形成していた。これを1100〜1400℃に所定時間加熱し、粒界溝の発達をAFMで観察した。その結果、粒界溝の幅wは時間tに対してt^<1/4>に比例し、表面拡散が律速していること,AFMでは低温で短時間の粒界溝の発達が調べられることが分かった。さらに、このデータから計算した表面拡散系数は他の方法で得た過去の文献値と良い対応を示した。
単結晶MgOの表面も(100)面で、これに半導体の技術を利用して表面に多重溝(正弦波形)を施した。これを1050〜1200℃に加熱して振幅Aの時間変化をAFMで調べ、結果を解析して拡散系数を求めたところ、粒界溝の発達で求めた表面拡散係数より3桁程大きく、MgOの多重溝の平滑化と粒界溝の発達は拡散律速種が違うと考えられる。
双結晶SrTiO_3も双結晶MgOと同じ方位関係にあった。この試料をMgOと同様に加熱し、AFMで観察してwなどを測定した。得られた粒界の断面図はMullinsの理論的解析によく対応する変化を示した。これは、双結晶MgOの結果と少し異なる結果であった。SrTiO_3の発達も表面拡散により進行していると考えられ、粒界溝の深さhについても表面拡散機構を支持した。このhの時間依存性は干渉顕微鏡による方法では求められないのでAFMによる方法の特徴である。粒界溝の発達のデータを用いて計算した表面拡散係数はSrTiO_3中の酸素格子拡散係数と同程度の値であったが,Srの格子拡散係数よりかなり大きい値であった。なお、この物質のTiの格子拡散係数は報告されていないが、本研究結果は陽イオンのうち拡散の遅い陽イオンの表面拡散係数である。
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