| 研究課題/領域番号 |
23K03258
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
佐藤 正英 金沢大学, 学術メディア創成センター, 教授 (20306533)
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| 研究分担者 |
鈴木 良尚 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (60325248)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | コロイド結晶 / ブラウン動力学 / エピタキシャル成長 / コロイド / 多形制御 / 合金 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の学術的問いは「狭い空間に束縛されたコロイド粒子のコロイド結晶の形成はバルクでのコロイド結晶の形成と何が違うか？狭い空間を利用すればバルクより容易にコロイド合金構造を作製し，効率的に良質結晶を形成できないか?」ということである。そこで具体的な本研究の目的として，2 枚の平板に挟まれた狭い空間内でコロイド粒子が作る合金構造をシミュレーションと実験で解明する。複雑なコロイド合金構造の形成の可能性を明らかにし，薄い空間を逆手にとり，機能性材料の良質なエピタキシャル基板の効率的な形成を可能にすることを試みる。国内外の研究で，この点に着目した研究はなく新規性がある。
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| 研究実績の概要 |
本研究の当初の目的は，2つの平面に挟まれた狭い空間内に束縛された2成分系コロイド粒子が作る合金構造や構造形成過程が，束縛されている空間が狭いことにどのような影響を受けるかを明らかにすることであった。しかし，初年度にコロイド結晶のヘテロエピタキシャル成長時の２つの多形の生成と安定条件について調べることで，課題の内容についてさらに発展した。今年度は，枯渇引力が重要な働きをする形について，(1)コロイドエピタキシャル成長の構造と(2)平坦基板(ガラス基板上)で二次元コロイド結晶成長時の少数体クラスタ―の性質について調べた。
(1)ヘテロエピタキシャル成長成長時については，基盤との結合性に加えて，多層形成が，第一層目の構造決定に重要な働きをしていることを示せた。また，(2)ガラス基板上で2次元的成長するコロイド結晶において，少数体クラスタ―のサイズ分布が十分に速く準平衡状態に緩和することに着目し，表面自由エネルギーなどが見積もれることを示せた。
これらについては，分担者の鈴木(徳島大学)や野澤（東北大学)などの実験家に加えて，機械学習による実験結果の解析を行う勝野（金沢大学）を共同研究者に加えた結果である。この期間中に研究成果を３編の論文として出版することができた。また，４編の論文と投稿中であり，予想以上の研究成果を上げることができた。
今後の展望についても共同研究者と議論して，今年度は(1) 2元系でのコロイド結晶のエピタキシャル成長についてや(2)2次元結晶での少数クラスターの成長径路を調べることにした。特に，ブラウニアン動力学法を用いたシミュレーションで動的性質について調べる予定である。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究の当初の目的は，2つの平面に挟まれた狭い空間内に束縛された2成分系コロイド粒子が作る合金構造や構造形成過程が，束縛されている空間が狭いことにどのような影響を受けるかを明らかにすることであった。しかし，初年度にコロイド結晶のヘテロエピタキシャル成長時の２つの多形の生成と安定条件について調べることで，課題の内容についてさらに発展した。そのため，今年度は新たな視点を加えて，次の２点について研究を行った。(1)ヘテロエピタキシャル成長成長時について，基盤との結合性に加えて，多層形成の影響が，第一層目の構造決定についてどのような影響を与えるかを調べた。(2)ガラス基板上で2次元的成長するコロイド結晶において，少数体クラスタ―のサイズ分布が十分に速く準平衡状態に緩和することに着目し，2次元コロイド結晶の表面自由エネルギーなどをクラスタ―の振舞いを決める物理量を見積もった。
これらの結果の一部については、(1)はCommunicaiton Physics誌やJournal of Physical Chemistry B誌 に発表した。また(2)については，CrystEngComm誌に発表した。以上から，当初の研究以上の進展と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の課題設定からは大きく展開があったものの，現在は計画以上の展開ができている。現在4編の論文を投稿中である。今年度は(1) 2元系でのコロイド結晶のエピタキシャル成長についてと(2)2次元結晶での少数クラスターの成長径路を調べる。特に，ブラウニアン動力学法を用いたシミュレーションで動的性質について調べる予定である。
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