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変形双晶の形成に関わる双晶転位の動的挙動・原子構造および格子欠陥相互作用の解析

研究課題

研究課題/領域番号 18K13981
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分26010:金属材料物性関連
研究機関東京大学

研究代表者

栃木 栄太  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50709483)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード変形双晶 / 双晶転位 / アルミナ / 透過型電子顕微鏡 / その場観察 / 分子動力学計算 / TEM/STEM / 粒界
研究成果の概要

走査透過型電子顕微鏡により、サファイヤにおける菱面双晶の母相/双晶界面の原子構造を観察した。界面はテラスとステップからなる構造を取ることが分かった。実験像に基づいてステップを伴う界面の原子構造モデルを構築し、第一原理分子動力学法により剪断ひずみ下におけるステップの移動現象を再現した。結果、ステップが界面に沿って移動する様子が認められた。原子位置の時間変化を解析したところ、ステップの移動に伴いステップ高さ内に含まれる2つのAl原子と3つのO原子が協調的に運動することが明らかとなった。このことにより、サファイヤにおける菱面双晶の素過程は5つの原子の協調的な運動によるものであることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

変形双晶は結晶性材料に共通した塑性変形モードであり、古くから研究が進められてきた。結晶学的な対称性による要請から、変形双晶の形成にはシャッフリングと呼ばれる原子集団の協調的な運動が生じるものと考えられているが、その詳細な機構は良くわかっていない。本研究においては、サファイヤ中の菱面双晶は、わずか5原子からなる集団の連鎖的なシャッフリングにより、形成・成長することが明らかとなった。本結果は、変形双晶の形成・成長に関する原子論的メカニズムの一端を解明したものであり、学術的に重要な成果であると考えられる。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 8件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Direct observation of atomic-scale fracture path within ceramic grain boundary core2019

    • 著者名/発表者名
      S. Kondo, A. Ishihara, E. Tochigi, N. Shibata, Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 6-6

    • DOI

      10.1038/s41467-019-10183-3

    • 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] Carrier Depletion near the Grain Boundary of a SiC Bicrystal2019

    • 著者名/発表者名
      Y. W. Kim, E. Tochigi, J. Tatami, Y. H. Kim, S. H. Jang, S. Javvaji, J. Jung, K. J. Kim, Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 7-7

    • DOI

      10.1038/s41598-019-54525-z

    • 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] Direct Observation of Tetragonal to Monoclinic Phase Transformation of Yttria Stabilized Zirconia by In-situ TEM Nanoindentation2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nakade, S. Kondo, E. Tochigi, B. Feng, Y. Nezu, H.i Ohta, N. Shibata, Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      AMTC Letters

      巻: 6 ページ: 80-81

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Atomic Structure of a Prismatic Fault in 4H-SiC2019

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, H. Matsuhata, Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      AMTC Letters

      巻: 7 ページ: 142-143

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The core structure of 60° mixed basal dislocation in alumina (α-Al2O3) introduced by in situ TEM nanoindentation2019

    • 著者名/発表者名
      Bin Miao, Shun Kondo, Eita Tochigi, Jiake Wei, Bin Feng, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 163 ページ: 157-162

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2019.01.011

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] The Atomic Structure and Dynamic Behavior of Twinning Dislocation of Rhombohedral Twinning in α-Al2O32019

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, B. Miao, N. Shibata, Y. Ikuhara
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Investigations of dynamic behavior of lattice defects by in situ TEM mechanical tests2019

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi
    • 学会等名
      11th Korea-Japan Berkeley Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In Situ STEM Mechanical Experiments at Atomic-Resolution Using a MEMS Device2019

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, T. Sato, N. Shibata, H. Fujita, Y. Ikuhara
    • 学会等名
      Microscopy and Microanalysis 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In-situ TEM observation of stress induced phase transformation in zirconia2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nakade, S. Kondo, E. Tochigi, B. Feng, Y. Nezu, H. Ohta, N. Shibata, Y. Ikuhara
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Advanced Microscopy and Theoritical Calculations
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Atomic Structure of a Prismatic Fault in 4H-SiC2019

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, H. Matsuhata, Y. Ikuhara
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations (AMTC6)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MEMSデバイスを利用した新規その場TEM機械試験システムの開発と検証2019

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太
    • 学会等名
      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] その場TEM機械試験によるセラミックスの変形・破壊挙動の直接観察2019

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 その場観察分科会 第 1 回(2019 年)研究討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MEMSデバイスを利用した新規その場TEM機械試験システムの構築と評価2019

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太, 佐藤隆昭, 柴田直哉, 藤田博之, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本機械学会 材料力学カンファレンス2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] イットリア安定化ジルコニアにおける正方晶-単斜晶相変態のTEM内その場観察2019

    • 著者名/発表者名
      中出博暁, 近藤隼, 栃木栄太, 馮斌, 根津有希央, 太田裕道, 柴田直哉, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第75回学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 原子分解能その場TEM機械試験法の開発と検証2019

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太, 佐藤隆昭, 柴田直哉, 藤田博之, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第75回学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] その場TEM機械試験法による結晶格子欠陥の動的挙動の解析2019

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太, 佐藤隆昭, 柴田直哉, 藤田博之, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本材料学会 第4回マルチスケール材料力学 シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] サファイヤ{1-102}菱面双晶における双晶転位構造とシャッフリング機構2019

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 苗 斌, 近藤 隼, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] In situ TEM observations of mechanical twinning in sapphire2018

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Bin Miao, Shun Kondo, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      AsiaNano 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamic Behavior and Interface Structure of Rhombohedral Twinning in Sapphire2018

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Bin Miao, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      6th Internaional Inventation Workshop (IIW6)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic behavior and atomic structure of twinning dislocations in sapphire2018

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Bin Miao, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      19th Internaional Microscopy Congress (IMC19)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PI-95 TEMインデンテーションシステムによる材料組織と力学的応答の解析2018

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太
    • 学会等名
      日本電子―ブルカー ナノインデンテーションワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アルミナ菱面双晶における双晶転位とシャッフリング機構2018

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太
    • 学会等名
      第1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
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Helios G4 UXによる 低加速Ga FIBを活用したTEM試料作製2018

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太
    • 学会等名
      サーモフィッシャーサイエンティフィック マテリアルサイエンス分析技術セミナー2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] その場TEM観察実験による結晶格子欠陥の動的挙動の解析2018

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太
    • 学会等名
      熊本大学 講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] その場TEMナノインデンテーションと原子分解能STEMによるサファイヤにおける変形双晶に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 苗 斌, 近藤 隼, 中村 篤智, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第61回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] 結晶界面工学研究室

    • URL

      http://interface.t.u-tokyo.ac.jp/japanese/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-02-19  

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