| 研究課題/領域番号 |
20H02619
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
一井 崇 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30447908)
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| 研究分担者 |
天野 健一 名城大学, 農学部, 准教授 (30634191)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 原子間力顕微鏡 / 走査プローブ顕微鏡 / 固液界面 / 溶融金属 / 合金 |
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| 研究実績の概要 |
本課題では、溶融金属/固体金属界面に形成された合金について、原子間力顕微鏡 (AFM) によって溶融金属/合金界面を原子スケールで分析することを目的としている。代表者：一井は、2020年度に引き続き、まず温度可変環境下での、溶融ガリウム中における金ガリウム合金構造相転移のin situ分析に取り組んだ。
金ガリウム合金は室温での溶融ガリウム中ではAuGa2(111)面を露出した結晶構造が確認されていたが、温度上昇に伴い、ファセットが消失し、結晶が丸みを帯びた。すなわち、ラフニング転移の直接観察に成功した。さらに、温度を再び室温に戻すと、ファセット面が再度形成された。これはラフニング転移とは逆の、ファセット転移と呼ばれる。また、これらの転移温度は常に一定ではなく、金とガリウムの組成に依存していた。これについて、曲率効果から説明可能であることを明らかにした。
また、溶融ガリウム/銅ガリウム合金界面ののAFM分析にも取り組んだ。銅ガリウム合金についても原子分解能分析に成功し、CuGa2(100)および(110)面の露出が確認された。Auと異なり、Cuは大気中では表面が酸化しているが、溶融ガリウム中においてはCuGa2の清浄表面の存在が確認され、また結晶の沿面成長のin situ分析にも成功した。この結果は、本手法の適用可能性の広さを示唆しており、その意義は大きい。
分担者：天野は実験的に得られた溶融ガリウム中でのフォースカーブを液体の統計力学から理論的に検証し、フォースカーブにおける振動的な力の変化が液体金属原子間のペアポテンシャルに起因していることを見出した。
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| 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
実験としては、金ガリウム合金のラフニング転移/ファセット転移の詳細な分析が実現され、さらに銅ガリウム合金についても原子レベルでの分析に成功するなど、十分な成果が得られている。理論についても、溶融金属中でのAFMフォースカーブの再現に成功し、大きな進展があった。実験理論双方とも、順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験としては、対象とする金属種を広げ、どのような系において本実験系が有用であるかの限界を調べるとともに、AFMでしか得られない情報、すなわち表面・界面科学的な観点から、金属工学への貢献を図る。理論研究としては、量子井戸型ポテンシャルの観点から探針ー基板間の液体金属中での相互作用を再度検討する。また、液体金属をイオン液体の観点から理論的に検討したり、基板近傍における液体金属の溶媒和構造の逆計算手法を検討する。
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