| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
25106003
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
柴田 直哉 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (10376501)
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| 研究分担者 |
藤平 哲也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00463878)
石川 亮 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20734156)
栃木 栄太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50709483)
溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
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| 研究期間 (年度) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| キーワード | 機能元素 / STEM / 界面、粒界、表面、転位 / その場観察 |
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| 研究実績の概要 |
当該年度は下記の成果が得られた。
A 原子分解能STEM 法による解析精度の評価と応用：精密断面試料作製装置（冷却仕様）を導入したことにより、STEM試料の作製精度が向上し、STEM解析精度が顕著に向上した。また、STEMによる定量的評価手法開発の一環として、電子線入射方向における原子位置決定精度を検討した結果、現行の装置では電子線入射方向の原子位置決定精度はおおむね1nm程度と評価された。これを原子レベルの精度まで引き上げ、3次元的な機能元素原子観察を実現するためには、新しいレンズ系の構築が必要であることがわかった。
B STEMその場観察法を用いた粒界・界面の力学的応答の評価：STEM用電圧印加ホルダーに適合する小型荷重印加デバイスを試作・試用した。本デバイスはSTEM内にて十分な安定性を有することが確認された。また、TEMその場ナノインデンテーション装置によりSrTiO3双結晶に荷重を印加し、転位および粒界の動的相互作用の解明に成功した。
C 機能元素を利用した機能性ナノ構造の作製と物性評価：他班との連携により、各種界面等格子欠陥の解析研究を行った。特に、LiNbO3結晶中の転位に電気伝導性が発現することを見出し、それは転位特有の原子構造に起因することが明らかとなった。また、情報科学的な手法を粒界構造モデル構築へと応用し、金属材料を中心とした粒界構造を高速に予測する手法の開発に成功した。
D 他班とのナノ構造連携研究：他班の学生、ポスドク、PIの短期滞在を通して、共同で実験および議論を進めた。また、定期的にPI同士が連絡を取り合うことで、連携研究が滞りなく円滑に進むよう務めた。
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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
A 原子分解能STEM 法による解析精度の評価と応用、B STEMその場観察法を用いた粒界・界面の力学的応答の評価、C 機能元素を利用した機能性ナノ構造の作製と物性評価、D 他班とのナノ構造連携研究のいずれの項目についても計画通りに進行していると判断できる。本年度までは解析研究に関わる装置ならびに手法の開発に重きを置くことで解析精度の向上を図ってきており、一定の成果が認められた。今後、これまでに開発した解析技術を駆使することで、さらに高精度の機能元素解析研究が推進できると期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
本プロジェクトの最終年度である平成29年度は、これまで開発・導入してきた研究設備および新たな実験手法を積極的に活用し、材料機能元素解析の応用研究を中心として執り行う計画である。原子分解能STEMによる定量評価手法を用い、原子位置の精密測定、原子カラム密度、局所組成といった情報を取得し、機能元素と結晶格子欠陥との相互作用に関する諸問題の解決を目指す。その場観察においては、材料の力学的応答を原子レベルで動的に計測することを視野に研究を進める。また、本年度までに得た知見を元に、結晶格子欠陥の機能元素構造制御による局所的な電気的、磁気的物性制御技術に関する基礎研究を他班との連携により進める。情報学的な手法と実験とを有機的に組み合わせ、粒界構造予測に基づいた効率的な粒界設計指針の構築を図る。また酸化物に代表されるやや複雑な結晶系についても積極的にその応用を図る。他班との連携を一層強化し当班の研究の深化ならびに他班の解析支援を進めるとともに、本プロジェクト内で得られた知見を総合的に検討し、プロジェクト目標の達成を目指す。
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