インターカレーションによる層状化合物の局所原子構造と蛍光性

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K18202
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石川 亮 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20734156)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 蛍光体 / 単原子ドーパント / 走査透過型電子顕微鏡

研究実績の概要

本研究では，希土類元素をドープした六方晶系窒化ホウ素において観察された発光起源の原子・電子構造を明らかにすることを目的とした．これらを明らかにするため，原子番号に依存したコントラストが得られる環状暗視野法（ADF-STEM）を用いた局所構造解析を行った．電子顕微鏡では薄片化した清浄なサンプルが必要となるため，初年度はスコッチテープ等を用いた薄片化を試みた．得られた薄片化試料を電子顕微鏡用グリッドに転写し，実際に原子分解能での観察が可能であることを確認した．試料は大気中で転写しているため，炭化水素系のコンタミネーションが見られた． 真空中で転写したサンプルを400℃程度で熱処理を行うことにより，これらのコンタミを取り除くことが可能であることが明らかとなった．試料は複数原子層であるものの，電子線による試料ダメージ観察されたため，低加速電圧である80kVでの観察が重要であることが明らかとなった．ADF-STEM法を用いることより，単原子状態の希土類元素が試料中に分散されていることが直接観察でき，その原子サイトはホウ素や窒素サイトではなかった．一方で，連続して同領域を観察していると希土類単原子が電子線照射により動いていることが分かった．すなわち，発光起源である希土類元素は置換ではなく層間に挿入されていることが予想される．以上の結果より，高温高圧条件を用いることにより，イオン半径によらず様々な元素がドープでき，半導体あるいは絶縁体に新たな機能を付与できることが明らかとなった．

研究成果

• [国際共同研究] Technische University Darmstadt/Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY/University Bayreuth(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Technische University Darmstadt/Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY/University Bayreuth
• [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Oak Ridge National Laboratory
• [国際共同研究] Peking University/Xiamen University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Peking University/Xiamen University
• [国際共同研究] National University of Singapore(シンガポール)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: National University of Singapore
• [国際共同研究] Monash University(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Monash University
• [雑誌論文] Direct visualization of lithium via annular bright field scanning transmission electron microscopy: a review (2017)
  • 著者名/発表者名: S.D. Findlay, R. Huang, R. Ishikawa, N. Shibata and Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 66 ページ: 3-14
  • DOI: https://doi.org/10.1093/jmicro/dfw041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A new method to detect and correct sample tilt in scanning transmission electron microscopy bright-field imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: H.D. Harmish, R. Ishikawa, G.S. Santolino, N. Lugg, Y. Ikuhara, L.J. Allen, N. Shibata
  • 雑誌名: Ultramicroscopy 巻: 173 ページ: 76-83
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ultramic.2016.11.024
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Atomic-Scale Tracking a Phase Transition from Spinel to Rocksalt in Lithium Manganese Oxide (2017)
  • 著者名/発表者名: P. Gao, R. Ishikawa, E. Tochigi, A. Kumamoto, N. Shibata, and Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 29 ページ: 1006-1013
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b03659
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transparent polycrystalline cubic silicon nitride (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishiyama, R. Ishikawa, H. Ohfuji, H. Marquardt, A. Kurnosov, T. Taniguchi, B. Kim, H. Yoshida, A. Masuno, J. Bednarcik, E. Kulik, Y. Ikuhara, F. Wakai, and T. Irifune
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 44755
  • DOI: 10.1038/srep44755
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] One-pot synthesis of a C/SiFeN(O)-based ceramic paper with in-situ generated hierarchical micro/nano-morphology (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Zhou, C. Fasel, R. Ishikawa, M. Gallei, Y. Ikuhara, H-J. Kleebe, R. Riedel, E. Ionescue
  • 雑誌名: Journal of European Ceramic Society 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: http://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.03.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single-source-precursor derived RGO/CNTs-SiCN ceramic nanocomposite with ultra-high electromagnetic shielding effectiveness (2017)
  • 著者名/発表者名: X Liu, Z. Yu, R. Ishikawa, L. Chen, X. Yin, Y. Ikuhara, R. Riedel
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 170 ページ: 83-93
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ultramic.2016.11.024
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Full Picture Discovery for Mixed-Fluorine Anion Effects on High-Voltage Spinel Manganese Cathodes (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Kim, H. Shiiba, N. Zettsu, T. Yamada, T. Kimijima, G.S. Santolino, R. Ishikawa, Y. Ikuhara, K. Teshima
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Possible Absence of Critical Thickness and Size Effect in Ultrathin Perovskite Ferroelectric Films (2017)
  • 著者名/発表者名: P. Gao, Z. Zhang, M. Li, R. Ishikawa, B. Feng, H.-J, Liu, Y.-L. Huang, N. Shibata, X. Ma, S. Chen, J. Zhang, K. Liu, E.-G. Wang, D. Yu, L. Liao, Y. -H. Chu, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1038/ncomms15549
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Atomic Mechanism of Polarization-Controlled Surface Reconstruction in Ferroelectric Thin Films (2016)
  • 著者名/発表者名: P. Gao, HJ. Liu, YL. Huang, YH. Chu, R. Ishikawa, B. Feng, Y. Jiang, N. Shibata, E. Wang, and Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 11318
  • DOI: 10.1038/ncomms11318
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Adsorption sites of single noble metal atoms on the rutile TiO2 (110) surface influenced by different surface oxygen vacancies (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga, TY. Chang, R. Ishikawa, Q. Dong, K. Toyoura, A. Nakamura, Y. Ikuhara and N. Shibata
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condenced Matter 巻: 28 ページ: 175002
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/17/175002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Jointed magnetic skyrmion lattices at a small-angle grain boundary directly visualized by advanced electron microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Matsumoto, Y.G. So, Y. Kohno, H. Sawada, R. Ishikawa, N. Shibata and Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 35880
  • DOI: 10.1038/srep35880
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single Atom Visibility by STEM Optical Depth Sectioning (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, S.J. Pennycook, A.R. Lupini, S.D. Findlay, N. Shibata and Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 109 ページ: 163102
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4965709
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An artificial photosynthesis anode electrode composed of a nanoparticulate photocatalyst film in a visible light responsive GaN-ZnO solid solution system (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Imanaka, T. Anazawa, T. Manabe, H. Amada, S. Ido, F. Kumasaka, N. Awaji, G.S. Santolino, R. Ishikawa and Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 35593
  • DOI: 10.1038/srep35593
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] MnドープSrTiO3における希薄磁性転位の創成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川亮，真保陽一，杉山一生，柴田直哉，幾原雄一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 2017年 年会
  • 発表場所: 日本大学駿河台キャンパス，東京都
  • 年月日: 2017-03-19 – 2017-03-19
• [学会発表] 先進電子顕微鏡法を用いた点欠陥構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川亮
  • 学会等名: Workshop on Materials Science undr Ultra-High Pressure 2017
  • 発表場所: 愛媛大学，松山市，愛媛県
  • 年月日: 2017-03-02 – 2017-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] ペロブスカイト型固体電解質の粒界構造とリチウムイオンの伝導性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川亮，東拓磨，佐々野駿，木村禎一，幾原裕美，柴田直哉，幾原雄一
  • 学会等名: 第57回電池討論会
  • 発表場所: 幕張メッセ，千葉県
  • 年月日: 2016-11-29 – 2016-11-29
• [学会発表] Direct Observation of Functional Point Defect Structures in Nitrides (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Ishikawa
  • 学会等名: 8th International Workshop on Spinel Nitrides and Related Materials
  • 発表場所: Rudesheim, Germany
  • 年月日: 2016-09-08 – 2016-09-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Luminous complex point defect structure in Ce doped cubic boron nitride (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, N. Shibata, F. Oba, T. Taniguchi, S.D. Findlay, I. Tanaka, Y. Ikuhara
  • 学会等名: Global Forum on Advanced Materials and Technologies 2016
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 2016-06-28 – 2016-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Single Si atoms and silicon nitride nano-clusters in SiCN polymer-derived ceramics (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, G. Mera, E. Ionescu, K. Morita, R. Reidel, Y. Ikuhara
  • 学会等名: High Temperature Ceramic Matrix Composites 2016
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 2016-06-28 – 2016-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] SrTiO3小傾角粒界における転位原子構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川亮，P. Gao, B. Feng, 熊本明仁，柴田直哉，幾原雄一
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第７2回学術講演会
  • 発表場所: 仙台国際センター, 仙台市, 宮城県
  • 年月日: 2016-06-14 – 2016-06-14