原子直視による異種材料間接合瞬間のその場構造解析法の開発

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06555209
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 木塚 徳志 名古屋大学, 工学部, 助手 (10234303)
• 研究分担者: 石田 洋一 東京大学, 工学部, 教授 (60013108) ; 田中 信夫 名古屋大学, 工学部, 助教授 (40126876)
• キーワード: 接合 / 電子顕微鏡 / ヘテロ接合 / その場解析 / 原子分解能

研究概要

電子顕微鏡試料室で試料の片側をxyzの3軸方向に0.2mm間隔で動かして試料を接合・変形させる特殊電子顕微鏡試料ホルダーを開発した。これを用いて、まず2つのナノメートルサイズの微細な先端をもつ金を接合させ、ただ1つの粒界を形成させた。その後、電子線入射方向に対して平行なx,y方向に変位させて応力を負荷し、強制的に粒界すべりや変形を起こさせた。この一連の過程を0.1nmの空間分解能と1/60秒の時間分解能をもつ高分解能電子顕微鏡その場観察方法により原子直視的に解析した。
高分解能観察では、金ナノ結晶に2つの交差する{111}格子縞が現れており、これより原子配列を知ることができた。初め、離れてい金を接触させると回転角8°の小傾角粒界が形成された。すなわち、清浄表面をもつ金ナノ結晶同しを接触させると室温であっても結晶学的に接合することが明らかとなった。さらにこれらに圧縮的な応力を加えると、粒界下側の領域が変形せずに粒界に沿ってすべった。次に引張り的な応力を加えると、逆方向にすべったあと、粒界近傍の領域が塑性変形しネック形状の粒界が形成された。このように本手法により接近-接触-接合-変形-粒界すべり-破断の過程を原子直視的に解析できることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] T.Kizuka et al.: "Cross-sectional high-resolution transmission electron microscopy of atomic scale contact and noncontact-type scannings on sold surfaces" Rhys.Rev.B55(in print). (1997)
• [文献書誌] T.Kizuka et al.: "Time-resolved HREM of solid state direct bonding of gold and zincoxide nanocrystallites" Appl.Phys.Lett.(in print). (1997)
• [文献書誌] T.Kizuka et al.: "Time-resolved HREM of atomic scale solid state direct bonding of sold tips" J.Electron Microscopy. 46(in print). (1997)
• [文献書誌] T.Kizuka et al.: "Time-resolved atomic observation of fragmentation of gold clusters by HREM" Surf.Rev.Lett.,. 3. 1187-1190 (1996)
• [文献書誌] T.Kizuka et al.: "Critical grain size for structural transformation in vacuum-deposited molybdenum films" Surf.Rev.Lett.,. 3. 1181-1185 (1996)
• [文献書誌] T.Kizuka et al.: "Structure and hardness of nanocrystalline silver" J.Mat.Sci.(in print). (1997)