| 研究課題/領域番号 |
23K20227
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| 補助金の研究課題番号 |
20H01841 (2020-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2020-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 奈良先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
松下 智裕 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (10373523)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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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 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
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| キーワード | 原子分解能ホログラフィー / ドーパント / 原子配列 / 光電子ホログラフィー / 蛍光X線ホログラフィー / 光電子ホログラフィ / 原子分解能ホログラフィ / 原子像再構成理論 / 層状半導体 / インターカレーション / 元素別局所構造解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
機能性物質を作成する際に多くの場合はドーピングして物性を制御する。申請者が研究してきた原子分解能ホログラフィー(光電子、蛍光X線、中性子によるホログラフィー)は直接ドーパントの立体原子配列を可視化できる。ホログラムから実空間像に変換する理論が重要な鍵である。本研究では、原子分解能ホログラムを実測し、それを用いてインフォマティクス応用した新たな像再生理論の研究を進める。
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| 研究実績の概要 |
光電子ホログラフィーは物質中のドーパント(不純物)の原子配列を立体的に測定できる方法として、研究を進めている。ドーパントの立体原子配列測定は既存技術では測定が難しいため、物性物理学に新しい知見をもたらす。ドーパントから放出された内殻光電子の放出角度分布がドーパントの周囲の原子配列が記録されたホログラムとなる。ホログラムであるため、基本的には初期情報を必要とせず、立体原子配列を再構成できるが、実データに適用するには様々な困難がある。本研究の主目的は立体原子配列を再構成するまでのデータ処理やアルゴリズムの開発である。そのために、様々な物質の光電子ホログラムを実測する。インターカレーションした層状半導体などを中心に、できるだけ多様な物質を測定する。このデータを利用して理論開発を進める。開発した理論は私が開発しているソフトウエアプラットフォーム3D-AIR-IMAGEに実装してインターネットを通じて広く公開する。また、開発された理論を用いて、インターカレーションによる層状物質の構造変化を明らかにしていく。研究実施計画では、上記の目的のために、R2-R4の期間に層状半導体にインターカラントを蒸着するための、蒸着チャンバーの整備を進め、蒸着によるインターカレーションした層状半導体試料を作成する。全研究期間において、この試料に加え、様々な物質について光電子ホログラムの測定を行う。実測されたホログラムを使用して、データ処理プロセスの研究開発を進めていく。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
新しい立体原子像再構成理論に向け、多くの光電子ホログラムの測定を進めている。連携する研究者と共にSPring-8に課題申請を行い、光電子ホログラフィー関係で9件の課題が採択され、研究を遂行した。測定装置は研究代表者が発明した阻止電場型電子エネルギー分析器である。前年度の課題を受けて、SPring-8の測定プログラムの高度化を実行した。自動化を進め、実験ログの自動記録などが実現した。手作業が減り、ビームタイムの効率的な利用が可能になった。これを用いて、層状物質を含む、様々な物質について測定を行った。様々な物質を通して解析を進めた結果いくつかの新しい理論を構築した。バックグラウンド処理としては、球面調和関数を利用したアルゴリズムがかなり良好であることが分かった。これは国際会議で発表すると共に、論文化を行った。次に、シリコン結晶のような均一に近い組成の光電子ホログラムの場合において、光電子の平均自由行程が見かけ上短くなる理論を導くことができた。また、層状半導体の場合は、前述の理論は適用できないことが分かり、独自の光電子ホログラムのシミュレーションを開発した。また、3D原子像再生理論については、従来のSPEA-L1の像再生法に加えて、遺伝的アルゴリズムによる計算法を開発した。これをGaNの表面酸化膜との界面構造の解析に適用している。これらの成果は物理学会で発表をしている。開発したデータ処理については私が開発しているソフトウエアプラットフォーム3D-AIR-IMAGEに実装を進めた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度は前年度に加えて、多くの光電子ホログラムのデータセットを計測することに成功した。さらなるデータの取得に向けて、2023A期のSPring-8のビームタイムを確保し、より多様なデータを取得する予定である。測定プログラムも同時にさらなる改良を進める予定である。また、解析理論面では、今まで開発を進めてきた立体原子像再生アルゴリズム SPEA-L1 について、さらなる高精度化に加えて、高速化のアルゴリズム開発を行う。また、事前情報を利用した計算法として、遺伝的アルゴリズムやベイズ推定法などをベースとしたアルゴリズム開発にも取り組み、さらなる高精度な原子像再構成に挑戦する。これをベースに層状半導体のインターカラントや様々な物質のドーパントなどの研究を進めていく。
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