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転位配列制御による局在量子構造の材料設計と大容量化

公募研究

研究領域ナノ構造情報のフロンティア開拓-材料科学の新展開
研究課題/領域番号 26106503
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
研究機関東北大学

研究代表者

王 中長  東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (20510548)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード界面 / 粒界 / 透過電子顕微鏡 / 転位 / 透過走査型電子顕微鏡 / 配向薄膜粒界
研究実績の概要

セラミックス焼結体は、電子回路の基板、プラグなど自動車部品、電子材料のコンデンサーやバリスター、碍子など、様々な用途で使用されているが、特にその電気的特性および機械的強度のばらつきが大きな問題点になっている。そのような諸特性は、粒界における格子整合性と密接に関係するということと、原料中に混在している微量な不純物の存在の影響と考えられているが、その詳細は不明である。そのため、粒界諸特性の発現挙動が遷移する対応方位関係(Σ粒界)から僅かに傾角させたNear-Σ粒界について、粒界局所構造を詳細に調べる必要がある。
高純度酸化マグネシウム(MgO)のΣ5(310)[001]対応粒界(Σ粒界)および対応方位関係から僅かに傾角させたNear-Σ粒界をモデル系として比較する。汎用型透過型電子顕微鏡(CTEM)、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡と第一原理計算を駆使して、残留不純物が偏析しやすい結晶粒界近傍における極微量不純物の所在と形成される微細構造を原子レベルで観察、さらに安定構造をシミュレーションした。
Σ粒界について、高角環状暗視野像と原子分解EELSマッピングより、極微量の不純物であるカルシウム(Ca)原子とチタン(Ti)原子が同時に結晶粒界に偏析し、原子スケールで規則配列した自然には存在しない三次元構造(超構造)を形成していることが観察された。さらに理論計算によると、それらが複数の欠陥や電荷と強く結びついて、複雑な安定構造及び特有の電子状態を形成していることが明らかにされた。Near-Σ粒界の暗視野像では、等間隔で配列する直線状の刃状転位に起因するコントラストが観察された。対応方位関係からの僅かなずれによるミスマッチを補正するために、バーガースベクトルが非常に小さいDisplacement Shift Complete転位を導入して、ミスマッチ領域を局在化していることがわかった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 5件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 9件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Misfit Accommodation Mechanism of the Heterointerface between Superhard Diamond and Cubic Boron Nitride2015

    • 著者名/発表者名
      C. L. Chen, Z. C. Wang*, T. Kato, N. Shibata, T. Taniguchi, and Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Atomistic Origin of Ordered Superstructure Induced Superconductivity in Layered Chalcogenides2015

    • 著者名/発表者名
      R. Ang, Z. C. Wang*, C. L. Chen, J. Tang, N. Liu, Y. Liu, W. J. Lu, Y. P. Sun, T. Mori, and Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Atomistic Mechanisms of Nonstoichiometry-Induced Twin Boundary Structural Transformation in Titanium Dioxide2015

    • 著者名/発表者名
      R. Sun, Z. C. Wang*, M. Saito, N. Shibata, and Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Magnetoelectric Quasi (0-3) Nanocomposite Heterostructures2015

    • 著者名/発表者名
      Y. X. Li, Z. C. Wang*, J. J. Yao, Z. G. Wang, C. L. Chen, R. Sun, Z. P. Tian, Y. J. Wang, C. T. Luo, Y. D. Yang, R. Viswan, J. F. Li, and D. Viehland
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Patterning Oxide Nanopillars at the Atomic Scale by Phase Transformation2015

    • 著者名/発表者名
      C. L. Chen, Z. C. Wang*, F. Lichtenberg, Y. Ikuhara, and J. G. Bednorz
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 15 ページ: 6469-6474

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Misfit accommondation mechanism at the heterointerface between diamond and cubic boron nitride2015

    • 著者名/発表者名
      C. L. Chen, Z. C. Wang, T. Kato, N. Shibata, T. Taniguci, and Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6 号: 1 ページ: 6327-6327

    • DOI

      10.1038/ncomms7327

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Atomistic origin of an ordered superstructure induced superconductivity in layered chalcogenides2015

    • 著者名/発表者名
      R. Ang, Z. C. Wang, C. L. Chen, J. Tang, N. Liu, Y. Liu, W. J. Lu, Y. P. Sun, T. Mori, and Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 6 号: 1 ページ: 6091-6091

    • DOI

      10.1038/ncomms7091

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Polymorphism of Dislocation Core Structures at the Atomic Scale2014

    • 著者名/発表者名
      Z. C. Wang*, M. Saito, K. P. McKenna, and Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 5 号: 1

    • DOI

      10.1038/ncomms4239

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Atomic-scale structure and properteis of highly stable antiphase boundary defects in Fe3O42014

    • 著者名/発表者名
      K. P. McKenna, F. Hofer, D. Gilks, V. K. Lazarov, C. L. Chen, Z. C. Wang, and Y. IKuhara
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 5 号: 1

    • DOI

      10.1038/ncomms6740

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Full determination of individual reconstructed atomic columns in intermixed heterojunctions2014

    • 著者名/発表者名
      Z. Wang, M. Saito, C. Chen, Y. Matsubara, K. Ueno, M. Kawasaki, Y. Ikuhara
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 14 号: 11 ページ: 6584-6589

    • DOI

      10.1021/nl503212j

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Structural and Electronic Reconstruction at Grain Boundaries of Titanium Dioxide2015

    • 著者名/発表者名
      Z. C. Wang
    • 学会等名
      Workshop on Advanced Electron Microscopy and Materials Characterization
    • 発表場所
      Chongqing (China)
    • 年月日
      2015-11-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Polymorphism of Dislocation Core Sturctures at the Atomic Scale2015

    • 著者名/発表者名
      Z. C. Wang
    • 学会等名
      Collaborative Conference on 3D & Materials Research
    • 発表場所
      Busan (South Korea)
    • 年月日
      2015-06-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Atom-by-Atom Analysis of Functional Interfaces in Advanced Materials2014

    • 著者名/発表者名
      Z. C. Wang
    • 学会等名
      The Second International Conference of Young Researchers on Advanced Materials
    • 発表場所
      Haikou, China
    • 年月日
      2014-10-24 – 2014-10-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Polymorphism of Dislocation Core Structures at the Atomic Scale2014

    • 著者名/発表者名
      Z. C. Wang
    • 学会等名
      Materials Science and Technology 2014
    • 発表場所
      Pittsburgh, Pennsylvania, USA
    • 年月日
      2014-10-12 – 2014-10-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomic and Electronic Structure of the Electrode Interface between Ti-Al Ohmic Contacts and p-type SiC2014

    • 著者名/発表者名
      Z. C. Wang
    • 学会等名
      第24回格子欠陥フォーラム
    • 発表場所
      恵那市、岐阜県、日本
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Atom-by-Atom Analysis of Interfaces and Grain Boundaries in Functional Ceramics2014

    • 著者名/発表者名
      Z. C. Wang
    • 学会等名
      8th International Conference on Advanced Materials Processing
    • 発表場所
      Gold Coast, Queensland, Australia
    • 年月日
      2014-07-27 – 2014-07-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Atom-by-Atom Analysis of Functional Interfaces in Emerging Electronics2014

    • 著者名/発表者名
      Z. C. Wang
    • 学会等名
      Collaborative Conference on 3D & Materials Research
    • 発表場所
      Seoul, South Korea
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考]

    • URL

      http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/~xikuhara/index.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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