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2014 年度 実績報告書

サブTHz超音波を用いた物質の弾性と機能との強相関の究明

研究課題

研究課題/領域番号 12J01382
研究機関大阪大学

研究代表者

長久保 白  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード弾性定数 / 音速 / ピコ秒超音波法 / BN / AlN / SiO2ガラス
研究実績の概要

今年度は本研究の最終年度として今までの研究成果の論文執筆・学会発表に努めた。その中でダイヤモンドに次ぐ高硬度材料として知られる窒化ホウ素の硬度が測定法によっては弾性率の影響を受けて過大評価されてしまうことを示した。これは超硬材料の硬度測定法に関して重要な指針である。なぜなら近年、窒化ホウ素の硬度がダイヤモンドの硬度を上回るという報告や、従来のダイヤモンドの2倍以上の硬度を誇るダイヤモンドの合成に成功したという報告がなされており、硬度の計測法自体に疑問がもたれているからである。
またフッ素を添加した石英ガラス薄膜の音速の温度依存性がバルクよりも小さく、また石英ガラスの熱伝導率の低さによってレーザー加熱の影響が無視できないということを示した。石英ガラス薄膜は携帯電話など無線通信デバイスで特製周波数の電波を受信するための音響フィルタ中で温度補償材として使用されている。しかしその薄膜の特性を直接計測することは従来法では困難であり、音速の絶対値やその温度係数などは未知のままであった。本研究は初めてそれを直接計測することに成功し、デバイス開発やガラス薄膜の音響特性の解明に大きく貢献した。
音響フィルタ中では電波信号を音響信号に変換する素子として窒化アルミニウム(AlN)などの圧電体が使用されており、マグネシウムとハフニウムまたはジルコニウムを添加したAlN薄膜の音速計測も行った。これは信号変換効率を上昇させるために新たに作成された材料であり、デバイスとして実用化するためには音響特性の解明が欠かせない。計測の結果、異種元素を約10%添加することで音速が10%以上低下することを解明した。
以上の結果はすべて今年度に学会で発表または論文として執筆を行った。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Hopping conduction and piezoelectricity in Fe-doped GaN studied by non-contacting resonant ultrasound spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ogi, Y. Tsutsui, N. Nakamura, A. Nagakubo, M. Hirao, M. Imade, M. Yoshimura, and Y. Mori
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 106 ページ: 091901-1 ~ -4

    • DOI

      10.1063/1.4913973

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acoustic properties of co-doped AlN thin films at low temperatures studied by picosecond ultrasonics2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nagakubo, M. Arita, T. Yokoyama, S. Matsuda, M. Ueda, H. Ogi, and M. Hirao
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: (未定) ページ: (未定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elasticity and hardness of nano-polycrystalline boron nitrides: The apparent Hall-Petch effect2014

    • 著者名/発表者名
      A. Nagakubo, H. Ogi, H. Sumiya, and M. Hirao
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 105 ページ: 081906-1 ~ -5

    • DOI

      10.1063/1.4894377

    • 査読あり
  • [学会発表] Precise measurement of sound velocity of amorphous silica at low temperatures by picosecond ultrasounds: correction of static heating effect2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nagakubo, H. Ishida, H. Ogi and M. Hirao
    • 学会等名
      2015 International Congress on Ultrasonics
    • 発表場所
      Arsenal, Metz, France
    • 年月日
      2015-05-10 – 2015-05-14
  • [学会発表] Elastic stiffness of cubic and wurtzite boron nitride2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nagakubo, H. Ogi, H. Sumiya, and M. Hirao
    • 学会等名
      TMS (The Minerals, Metals and Materials Society) 2015, 144th annual Meeting
    • 発表場所
      Walt Disney World Swan and Dolphin Resort, Orland, Florida, USA
    • 年月日
      2015-03-15 – 2015-03-19
  • [学会発表] 極低温ピコ秒超音波法を用いた異なるキャリア密度のGaNに対するキャリアダイナミクスの観測2015

    • 著者名/発表者名
      長久保 白,石原 達也,荻 博次,中村 暢伴,平尾 雅彦
    • 学会等名
      2015年春季 第62回 応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 招待講演
  • [学会発表] Acoustic properties of co-doped AlN thin films at low temperatures studied by picosecond ultrasonics2014

    • 著者名/発表者名
      A. Nagakubo, Mari Arita, T. Yokoyama, S. Matsuda, M. Ueda, H. Ogi, and M Hirao
    • 学会等名
      The 35th Symposium on Ultrasonic Electronics
    • 発表場所
      Meiji University, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-12-03 – 2014-12-05
  • [学会発表] 極低温ピコ秒超音波法を用いたGaN のキャリアダイナミクスの観測と圧電定数計測2014

    • 著者名/発表者名
      長久保 白,石原 達也,荻 博次,中村 暢伴,平尾 雅彦
    • 学会等名
      2014年秋季 第75回 応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] Temperature coefficients of fluorine-doped amorphous-SiO2 thin films measured by picosecond ultrasonics.2014

    • 著者名/発表者名
      A. Nagakubo, S. Matsuda, H. Ogi, and M. Hirao
    • 学会等名
      2014 IEEE International Ultrasonics Symposium
    • 発表場所
      Hilton Hotel Chicago, Chicago, Illinois, USA
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-06

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公開日: 2016-06-01  

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