機能附活元素の状態制御による高機能材料の創製

2010 年度 実績報告書

• 研究領域: 機能元素のナノ材料科学
• 研究課題/領域番号: 19053008
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 谷口 尚 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノスケール物質萌芽ラボ, グループリーダー (80354413)
• 研究分担者: 平賀 啓二郎 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, グループリーダー (80354190) ; 吉田 英弘 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, 主幹研究員 (80313021) ; 大橋 直樹 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, センター長 (60251617) ; 坂口 勲 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, 主幹研究員 (20343866) ; 和田 芳樹 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, 主幹研究員 (90343847)
• キーワード: 機能元素 / 拡散 / 高圧合成 / 常圧焼結 / 薄膜成長 / 超塑性

研究概要

1.機能附活元素の高圧下ドーピング制御によるワイドギャップ窒化物の特性発現
III-V族単結晶であるcBN、AlN,及び立方晶窒化ガリウムの高圧合成時におけるユーロピウム添加によりEu3価の発光が見出された。計算科学、超微細構造評価によりcBN及びAlN中へのEu3+の配置を評価した。高純度hBN単結晶がグラフェンのキャリア移動に影響を及ぼさない優れた基板となることが見出された。
2.機能附活元素設計による多機能酸化物の創製
粒界・界面に異種陽イオンをドープしたZrO_2、Y_2O_3、スピネル系酸化物多結晶体において、焼結温度の顕著な低下や、特異な高温塑性の発現を見出し、その微構造発達過程をAO1およびAO3グループとの連携において調査した。また、分子軌道計算による理論解析を基に、界面での機能元素と輸送現象の相関についての新たな知見を得た。
3.機能附活元素設計による多機能酸化物の創製
酸化物薄膜のドーパントと自発分極極性において、ドーピングによる極性制御と極性の判定法を明らかにした。物理蒸着では、ウルツ鉱型半導体に固溶限界を遥かに超える高濃度の添加物を加えた際に、特に高温下で添加物の偏在を誘起する成長条件で極性の反転がおこり、(0001)/(000-1)の極性反転が誘起されることを見出した。また、化学的な薄膜堆積においても、サーファクタントとなる分子を添加した合成によって、薄膜の成長方位を制御し、高い膜密度を持った薄膜を高速に成長する手段を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis of high-crystallinity cubic-GaN nanoparticles using the Na flux method-A proposed new usage for a belt-type high pressure apparatus (2011)
  • 著者名/発表者名: F.Kawamura, K.Watanabe, T.Takeda, T.Taniguchi
  • 雑誌名: J.Crystals Growth 巻: 321 ページ: 100-105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elasticity of cubic boron nitride under ambient conditions (2011)
  • 著者名/発表者名: J.S.Zhand, J.D.Bass, T.Taniguchi, A.F.Gobcharov, Y-Y Chand, S.D.Jacobsen
  • 雑誌名: J.Appl.Phys 巻: 109 ページ: 063521-1-063521-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant Nonlocality Near the Dirac Point in Graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: D.A.Abanin, S.V.Morozov, L.A.Ponomarenko, R.V.Gorbachev, A.S.Mayorov, M.I.Katsnelson, K.Watanabe, T.Taniguchi, K.S.Novoselov, L.S.Levitov, A.K.Geim
  • 雑誌名: Science 巻: 15 ページ: 328-330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scanning tunnelling microscopy and spectroscopy of ultra-flat graphene on hexagonal boron nitride (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Xue, J.Yamagishi, D.Bulmash, P.Jacquod, A.Deshpande, K.Watanabe, T.Taniguchi, P.J-Herrero, B.LeRoy
  • 雑誌名: Nature Mater 巻: 10 ページ: 282-285
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hunting for Monolayer Boron Nitride : Optical and Raman Signatures (2011)
  • 著者名/発表者名: R.V.Gorbachev, I.Riaz, R.R.Nair, R.Jalil, L.Britnell, B.D.Belle, E.W.Hill, K.S.Novoselov, K.Watanabe, T.Taniguchi, A.K.Geim, P.Blake
  • 雑誌名: small,7,465 巻: 7 ページ: 465-468
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics (2011)
  • 著者名/発表者名: C.R.Dean, A.F.Young, I.Meric, C.Lee, W.Lei, S.Sorgenfrei, K.Watanabe, T.Taniguchi, P.Kim, K.LShepard, J.Hone
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 5 ページ: 722-726
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Isothermal Equation of State of CaPtO_3 Post-perovskite to 40 GPa", (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Lindsay-Scott, I.G.Wood, D.P.Dobson, L.Vocadlo, J.P.Brodholt, W.Crichton, M.Hanfland, T.Taniguchi
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 19 ページ: 8150-8156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mantle superplasticity and its self-made demise (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Hiraga, T.Miyazaki, M.Tasaka, H.Yoshida
  • 雑誌名: Nature 巻: 468 ページ: 1091-1094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping effect of divalent cations on sintering of polycrystalline yttria (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Kodo, K.Soga, H.Yoshida, T.Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Soc. 巻: 30 ページ: 2741-2747
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase-transformation and grain-growth kinetics in yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal doped with a small amount of alumina (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Matsui, H.Yoshida, Y.Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic society 巻: 30 ページ: 1679-1690
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of highly dense and fine-grained aggregates of mantle composites by vacuum sintering of nano-sized mineral powders (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Koizumi, T.Hiraga, C.Tachibana, M.Tasaka, T.Miyazaki, T.Kobayashi, A.Takamasa, N.Ohashi, S.Sano
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 37 ページ: 505-518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of the Microstructure and Crystalline Orientation of ZnO Films on a Seed-free Glass Substrate by Using a Spin-Spray Method (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Wagata, N.Ohashi, T.Taniguchi, K.Katsumata, K.Okada, N.Matsushita
  • 雑誌名: Cryst.Growth Des. 巻: 10 ページ: 4968-4975
  • 査読あり
• [雑誌論文] ZnO-based visible-light photocatalyst : Band-gap engineering and multi-electron reduction by co-catalyst (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Anandana, N.Ohashi M.Miyauchia
  • 雑誌名: Applied Catalysis B : Environmental 巻: 100 ページ: 502-509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Step Fabrication of ZnO Rod Arrays on a Nonseeded Glass Substrate by a Spin-Spray Technique at 90℃ (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Wagata, N.Ohashi, T.Taniguchi, A.K.Subramani, K.Katsumata, K.Okada N.Matsushita
  • 雑誌名: Cryst.Growth Des. 巻: 10 ページ: 3502-3507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of post-annealing on structural and optical properties, and elemental distribution in heavy Eu-implanted ZnO thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: I.Sakaguchi, T.Ohgaki, Y.Adachi, S.Hishita, N.Ohashi, H.Haneda
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 118 ページ: 1087-1089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigations of growth kinetics of pulsed laser deposition of tin oxide films by isotope tracer technique (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Zhen, T.Ohsawa, Y.Adachi, I.Sakaguchi, B.Li, J.Li, R.Matsuoka, T.Nishimura, K.Matsumoto, H.Haneda, N.Ohashi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 108 ページ: 104901(1-4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen tracer diffusion in magnesium-doped ZnO ceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: I.Sakaguchi, K.Matsumoto, T.Ohgaki, Y.Adachi, K.Watanabe, N.Ohashi, H.Haneda
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 118 ページ: 362-365
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrogen isotopic effect in Ga15N epifilms grown by plasma-assisted molecular-beam epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.-z.Yao, T.Ohgaki, N.Fukata, Y Adachi, Y.Wada, H.Haneda N.Ohashi
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 62 ページ: 516-519
  • 査読あり
• [学会発表] TZPセラミックスの高温変形と粒界デザイン (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田英弘
  • 学会等名: 第49回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 岡山コンベンションセンター、岡山
  • 年月日: 2011-01-12
• [学会発表] Doping Effect on High-Temperature Plastic Flow in Fine-grained Alumina (2010)
  • 著者名/発表者名: Hidehiro Yoshida
  • 学会等名: 2010 American Geophysical Union Fall Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] Improvement of High Temperature Ductility in TZP through Controlling of Grain Boundary Chemistry (2010)
  • 著者名/発表者名: Hidehiro Yoshida
  • 学会等名: The 27th Korea-Japan International Seminar on Ceramics
  • 発表場所: 仁川市、韓国
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] High-strain-rate superplastic ceramics : a trial of microstructural design based on creep-failure mechanisms (2010)
  • 著者名/発表者名: Keijiro Hiraga
  • 学会等名: The 27th Korea-Japan International Seminar on Ceramics
  • 発表場所: 仁川市、韓国
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] 高純度・超微粒立方晶窒化ホウ素焼結体の高圧合成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 谷口尚
  • 学会等名: 第51回高圧討論会
  • 発表場所: 仙台戦災復興会館 仙台市
  • 年月日: 2010-10-20
• [学会発表] 高圧合成プロセスによる新規発光材料創製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 谷口尚
  • 学会等名: 機能元素のナノ材料科
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス小柴ホール、東京
  • 年月日: 2010-10-15
• [学会発表] 無添加3Y-TZPにおける高速超塑性の発現と破断 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平賀啓二郎
  • 学会等名: 日本金属学会2010年秋期大会
  • 発表場所: 北海道大学、札幌市
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] High-purity boron nitrides single crystals and sintered bodies (2010)
  • 著者名/発表者名: 谷口尚
  • 学会等名: CIMTEC 2010
  • 発表場所: Palazzo dei Congressi, Montecatini Terme (PT)-Italy
  • 年月日: 2010-09-07
• [学会発表] High-strain-rate superplasticity in oxide ceramics : a trial of microstructural design based on creep-cavitation mechanisms (2010)
  • 著者名/発表者名: 平賀啓二郎
  • 学会等名: 材料の高温強度に関する第7回日中シンポジウム
  • 発表場所: 大連理工大学、中国
  • 年月日: 2010-08-27
• [学会発表] 金属系溶媒を用いた窒素-気圧下でのhBN結晶成長 (2010)
  • 著者名/発表者名: 谷口尚、渡邊賢司
  • 学会等名: 第29回電子材料シンポ
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺、伊豆市
  • 年月日: 2010-07-15
• [学会発表] Synthesis of ultra-fine-grained cubic boron nitride sintered bodies without any additive under high pressure and their properties (2010)
  • 著者名/発表者名: 谷口尚
  • 学会等名: STAC-4
  • 発表場所: メルパルク横浜、横浜市
  • 年月日: 2010-06-22
• [学会発表] Enhanced Densification and Grain-Size Refinement in Cation-Doped Tetragonal Zirconia (2010)
  • 著者名/発表者名: 平賀啓二郎
  • 学会等名: 12th Int.l Conf.on Modern Materials and Technologies
  • 発表場所: モンテカチニテルメ、イタリア
  • 年月日: 2010-06-11
• [学会発表] 構造セラミックスの粒界と高温機械特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田英弘
  • 学会等名: 第1回構造材料国際クラスターシンポジウム
  • 発表場所: 物質・材料研究機構千現地区、つくば市
  • 年月日: 2010-04-26
• [図書] 精密工学会誌 (2010)
  • 著者名/発表者名: 谷口尚
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 高純度微粒cBN焼結体の高圧合成とその特性評価
• [産業財産権] 紫外線発光六方晶窒化ホウ素結晶体の製造方法 (2010)
  • 発明者名: 谷口尚/渡邊賢司/窪田陽一/津田統
  • 権利者名: 物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特許第7811909号
  • 取得年月日: 2010-10-12
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