• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実績報告書

直接観察に基づいた変形双晶の原子論的メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 20H02421
研究機関東京大学

研究代表者

栃木 栄太  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (50709483)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード双晶 / その場観察 / TEM/STEM / 機械試験
研究実績の概要

今年度の主な成果は以下の通りである。
(1)サファイヤにおける菱面双晶の原子挙動解析:サファイヤ(α-Al2O3)単結晶における{1-102}<-1101>菱面双晶に関して、前年度までに行った第一原理分子動力学法による原子挙動シミュレーションを精査し、双晶の素過程に対応する5つの原子の協調的な運動(シャッフリング)の軌跡を得た。始状態から終状態に至る変位は<-1101>方向もしくは<1-210>方向への単一方向に生じており、幾何学的に予測される変位とほぼ同等であった。しかし、シャッフリング時には各原子は3次元的に運動しており、エネルギー的に安定となるような相対位置を取りながら進行していることが示唆された。双晶メカニズムの解明には、今後この原子挙動に関わるパスとエネルギーの関係を明らかにすることが重要であると考えられる。
(2) fcc金属における{111}双晶の原子レベルその場観察実験:MEMS荷重負荷デバイスならびに走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いたその場観察実験により、fcc金属の変形挙動を原子分解能にて観察できることが明らかとなった。シュミット因子を考慮して試料方位を調整することにより部分転位対の運動による{111}すべりもしくは先頭部分転位(leading partial dislocation)の運動による{111}双晶の2つの変形モードをある程度制御することが可能となった。{111}双晶の観察においては、先頭部分転位のlayer-by-layerの運動による成長過程や母相-双晶界面上の部分的な回復現象が認められた。本実験事実に基づいて詳細なメカニズムの検討を進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

その場透過型電子顕微鏡荷重負荷試験により双晶の形成過程を確認できており、今後の研究展開が期待できるため。

今後の研究の推進方策

本年度は、(1)その場TEM機械試験システムの最適化、(2)双晶の原子レベル動的挙動観察、(3) 理論計算による双晶挙動の原子レベル解析を主たる研究項目として実施する。詳細は以下の通りである。
(1)その場TEM機械試験システムの最適化:これまでに開発してきたその場TEM機械試験システムの制御性や機能の充実を図るため、動作状況および実証実験の結果を踏まえ、主に制御機器やソフトウェアの改修・調整を進める。特にリアルタイム性が重要なその場観察実験の特性を踏まえ、自動記録機能、各種フィードバック機能、機能的なユーザーインターフェースの構築等を行う。
(2)双晶の原子レベル動的挙動観察:fcc金属を中心としてその場TEM機械試験を実施し、変形双晶の核生成・成長挙動を原子レベルで観察する。第一に準静的な原子レベルその場TEM荷重負荷実験を行う。負荷荷重を精密に制御することにより局所な領域において双晶核を生成させ、その際の構造や負荷荷重、局所的なひずみ状態等を計測する。さらに荷重を増加・減少させることで、双晶核の成長・収縮に伴う原子挙動を観察し、双晶の核生成・成長メカニズムを明らかとすることを目指す。
(3)理論計算による双晶挙動の原子レベル解析:Al2O3の菱面双晶の素過程に対応するシャッフリング時の原子変位について詳細な解析を行い、原子変位パスとエネルギー的な相関性の検討を進める。このことにより双晶モードの選択性や双晶変形に関する原子論的メカニズムを探究する。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Atomic-scale mechanism of rhombohedral twinning in sapphire2021

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Bin Miao, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 216 ページ: 117137~117137

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2021.117137

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ultraviolet light induced hardening in gallium nitride2021

    • 著者名/発表者名
      Minjian Cao, Eita Tochigi, Ryusuke Imamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 129 ページ: 329~331

    • DOI

      10.2109/jcersj2.21049

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of annealing on grain growth and Y segregation behavior in tetragonal ZrO <sub>2</sub> thin film2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakade, Eita Tochigi, Bin Feng, Ryo Ishikawa, Hiromichi Ohta, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 105 ページ: 2300~2308

    • DOI

      10.1111/jace.18217

    • 査読あり
  • [学会発表] 変形・破壊を担う格子欠陥の形成過程と原子挙動に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太
    • 学会等名
      日本金属学会2022年春期講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] STEMその場観察法による金における双晶転位の集団的運動の直接観察2022

    • 著者名/発表者名
      曹 旻鑒, 栃木 栄太, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本金属学会2022年春期講演大会
  • [学会発表] In situ TEM studies of deformation phenomena in ceramic materials2021

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi
    • 学会等名
      European Materials Research Society 2021 spring meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In situ and atomic-scale investigations of mechanical responses in oxide crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi
    • 学会等名
      Materials Science & Technology (MS&T 2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] サファイヤにおける菱面双晶変形の原子論的メカニズムに関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太
    • 学会等名
      第31回 格子欠陥フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] 第一原理分子動力学法によるサファイヤ菱面双晶の原子変位解析2021

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太、苗斌、中村篤智、柴田直哉、幾原雄一
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [学会発表] SrTiO3結晶における亀裂進展過程の原子分解能解析2021

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 佐藤 隆昭, 柴田 直哉, 藤田 博之, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会学術講演会
  • [学会発表] 原子分解能その場TEM荷重負荷試験による 局所格子ひずみの解析2021

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 佐藤 隆昭, 柴田 直哉, 藤田 博之, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2021材料力学カンファレンス
  • [学会発表] Direct observation of martensitic phase transformation of yttria stabilized zirconia induced by crack propagation2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakade, Eita Tochigi, Bin Feng, Hiromichi Ohta, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      8th International Congress on Ceramics
    • 国際学会
  • [学会発表] HRTEMその場観察法による金単結晶変形素過程の直接観察2021

    • 著者名/発表者名
      曹 旻鑒, 栃木 栄太, 佐藤 隆昭, 柴田 直哉, 藤田 博之, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会学術講演会
  • [学会発表] 原子分解能TEMその場観察法による積層構造変化の直接観察2021

    • 著者名/発表者名
      曹 旻鑒, 栃木 栄太, 佐藤 隆昭, 中村 篤智, 松永 克志, 柴田 直哉, 藤田 博之, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2021材料力学カンファレンス
  • [学会発表] HRTEMその場観察法による金単結晶の双晶変形過程の直接観察2021

    • 著者名/発表者名
      曹 旻鑒, 栃木 栄太, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本金属学会2021年秋期講演大会
  • [学会発表] STEMその場観察法による金単結晶の双晶成長と回復過程の直接観察2021

    • 著者名/発表者名
      曹 旻鑒, 栃木 栄太, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会シンポジウム
  • [図書] Chap. 7: TEM Characterization of Lattice Defects Associated with Deformation and Fracture in α-Al2O3. In: Tanaka, I., Tsuji, N., Inui, H. (eds) The Plaston Concept.2022

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Bin Miao, Shun Kondo, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 総ページ数
      24
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      978-981-16-7714-4
  • [備考] 東京大学 生産技術研究所 栃木研究室

    • URL

      https://sites.google.com/g.ecc.u-tokyo.ac.jp/nanoscale-strength

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi