原子サイズの機械加工と加工機構の解明

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555216
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 木塚 徳志 名古屋大学, 難処理人工物研究センター, 講師 (10234303)
• キーワード: 原子過程 / 高分解能電子顕微鏡 / その場観察 / 変形 / 破壊 / 接触 / 合金化 / ピエゾ素子

研究概要

昨年度に、電子顕微鏡内部の原子サイズ加工装置が完成したので、本年度は実際の加工と、その直接観察を試みた。
まず、工具となる先端径数ナノメートルの針状試料を作製した。次に、加工用の試料を作製した。工具を機械加工ホルダーのピエゾ素子駆動側の試料台に、加工用試料を固定側の試料台にそれぞれ固定した。このホルダーをテレビカメラ-ビデオテープレコーダー動的画像記録システムを備えた加速電圧200kVの高分解能電子顕微鏡に入れた。電子顕微鏡内部で、工具を加工試料に接近・接触させ、原子もしくは原子列を切削した。同時にその瞬間の原子配列変化、反応層の形成と成長(合金化)などの界面化学反応を原子尺度で観察した。この後、同様にして、切削直後の加工試料の構造を観察した。計算機シミュレーション像との対応などから、記録画像を解析し、一連の切削過程において、転位やキンクの導入、切削時の応力緩和機構、工具-加工試料界面の構造安定化など動的変化を原子レベルで明らかにした。転位は切削・変形範囲が、2ナノメートル以上であるときに、導入した。それ以下の時には、格子は同時に変位して、変形が進行することが、判明した。以上の結果から、本手法によって、原子サイズの切削や変形などの加工とその詳細な解析が可能であることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] T.Kizuka et al.: "Atomic process of electron-induced grain boundary migration of a MgO I5 boundary" Phil.Mag.A77. 413-422 (1998)
• [文献書誌] T.Kizuka: "Atomic process of point contact in gold studied by high-resolution transmission electron microscopy" Phys.Rev.Lett.81. 4448-4451 (1998)
• [文献書誌] T.Kizuka: "Atomistic visualization of deformation in gold" Phys.Rev.B57. 11158-11163 (1998)
• [文献書誌] T.Kizuka: "Time-resolved high-vesolution transmission electron microscopy using a piezo-dviving specimen holder for atomic scale mechanical interaction" Microscopy and Microanalysis. 4. 218-225 (1998)
• [文献書誌] T.Kizuka: "Atomistic visualization of mechanical interaction in sold crystallive boundaries by time-vesolved high-vesolution transmission electon microscopy" Sur.Rev.Lett.5. 739-745 (1998)
• [文献書誌] T.Kizuka: "Structure of nanocrystalline MgO,ZnO and WO_3" Jpn.Inst.Met.,. 39. 508-514 (1998)
• [文献書誌] 木塚他(共著): "ミクロの世界・物質編" 学際企画, 408 (1998)