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イオン結合性ZnS結晶を暗室下で圧縮試験すると、通常の光環境下の場合と比較して飛躍的に大きな塑性変形が起こる。イオン結合結晶はイオン間の静電的反発により、すべり系が限定されたりへき開するため、室温のような低温では塑性変形が困難とされてきた。したがって、暗室下での同結晶の大塑性変形能は従来の理論では説明できない現象である。そこで本研究では、この現象の起源を明らかにするため、ZnSなどの各種無機化合物結晶おける転位を第一原理計算により解析し、とくに転位コア領域における特異な電子状態と原子配列を系統的に調べた。さらに検証実験も行い、「転位量子構造」の学理構築を目的とした。
これまでの研究より、ZnS結晶における転位コアの電子状態を計算解析した結果、転位コアが電子やホールといったキャリアをトラップすることを明らかにした。さらには、キャリアのトラップにより、転位コアの原子配列が再構成した状態で最も安定となることがわかった。そこで本年度では、トラップされるキャリアの数やそのときの転位コアの安定化度合いを検討した。転位コアがトラップするキャリアの数は、転位コアの化学量論組成や、転位線とバーガースベクトルの角度（つまり転位の刃状成分の大きさ）に依存することがわかった。これはZnSのみならずZnTeでも同様な傾向にあった。さらにZnTeに対する室温での圧縮変形実験を行い、ZnSと同様に暗室下でより大きな塑性変形を示すことを確認した。よって、ZnTeにおいても、転位コアにおけるキャリアトラップと転位コア再構成という「転位量子構造」が、光環境に依存した塑性変形挙動のメカニズムであると考えられる。
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