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2023 年度 実績報告書

Anomalous電子によるリライタブル材料強度のナノ力学

研究課題

研究課題/領域番号 20H05653
研究機関京都大学

研究代表者

平方 寛之  京都大学, 工学研究科, 教授 (40362454)

研究分担者 嶋田 隆広  京都大学, 工学研究科, 教授 (20534259)
研究期間 (年度) 2020-08-31 – 2025-03-31
キーワード材料強度 / 電子
研究実績の概要

本年度は、1.電子/ホール注入材に対する強度実験、2.疲労・クリープ特性への展開、3.電子注入材の強度解析、および、4.強化機構の解明に取り組んだ。研究実績の概要は以下の通りである。
1.前年度に引き続き、電子注入材に対する強度試験を実施してデータの拡充を図った。主要な成果として、アモルファス絶縁体である合成石英に対する電子/ホール注入・除去と破壊じん性試験を行い、余剰電子/ホールを静電気として注入すると、破壊じん性が2倍以上に劇的に向上し長期間維持されること、および、注入した余剰電子/ホールを周囲環境の制御(熱処理等)により除去すると、向上した強度が一部復元することを明らかにした。すなわち、高強度を自在に付与したり取り除いたりすることが可能であり、材料強度のリライタブル性を実証した。
2.前年度までに導入・整備した力学試験装置を用いて、繰返し負荷および長時間の荷重負荷試験を可能とし、電子/ホール制御条件下における疲労およびクリープ特性を評価する方法を確立した。
3.共有結合性、イオン結合性、および金属結合性の典型材料を対象として、電子注入材に対する強度解析を系統的に実施して、結合様式や負荷モードによる強化法則を体系化した。とくに、余剰電子/ホールによる電子的効果は引張強度とせん断強度で異なる傾向を示し、脆性破壊から延性破壊など、変形・破壊形態を大きく変化させることを明らかにした。
4.実験と解析によって得た電子注入材の強度特性とその電子応力状態解析結果を基に、Anomalous電子による強化機構および結合様式・負荷モード依存性を電子論に基づいて解明した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 7件、 査読あり 12件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Mechanical effect on skyrmion-skyrmion interaction2024

    • 著者名/発表者名
      Wang Yu、Wang Jie、Kitamura Takayuki、Hirakata Hiroyuki、Shimada Takahiro
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 261 ページ: 108699

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2023.108699

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanical Rippling for Diverse Ferroelectric Topologies in Otherwise Nonferroelectric SrTiO3 Nanofilms2024

    • 著者名/発表者名
      Xu Tao、Wu Chengsheng、Zheng Sizheng、Wang Yu、Wang Jie、Hirakata Hiroyuki、Kitamura Takayuki、Shimada Takahiro
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 132 ページ: 086801

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.132.086801

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Emergent ultrasmall multiferroics in paraelectric perovskite oxide by hole polarons2024

    • 著者名/発表者名
      Xu Tao、Mori Masataka、Hirakata Hiroyuki、Kitamura Takayuki、Shimada Takahiro
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 26 ページ: 842~847

    • DOI

      10.1039/D3CP05364D

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spontaneous Atomic-Scale Polar Skyrmions and Merons on a SrTiO3 (001) Surface: Defect Engineering for Emerging Topological Orders2024

    • 著者名/発表者名
      Minami Susumu、Ikeda Yoshitaka、Shimada Takahiro
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 24 ページ: 3686~3693

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.3c05112

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic strengthening mechanism of covalent Si via excess electron/hole doping2023

    • 著者名/発表者名
      Noda Hiroki、Sakaguchi Shumpei、Fujita Ryoga、Minami Susumu、Hirakata Hiroyuki、Shimada Takahiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 ページ: 16546

    • DOI

      10.1038/s41598-023-42676-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrasmall Polar Skyrmions and Merons in SrTiO3 Heterostructures by Polaron Engineering2023

    • 著者名/発表者名
      Xu Tao、Ichiki Yuuki、Masuda Kairi、Wang Yu、Hirakata Hiroyuki、Shimada Takahiro
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 17 ページ: 10836~10843

    • DOI

      10.1021/acsnano.3c02481

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Interfacial thermal damage and fatigue between auxetic honeycomb sandwich and underneath substrate2023

    • 著者名/発表者名
      Hu J.S.、Wang B.L.、Hirakata H.、Li Z.
    • 雑誌名

      International Journal of Solids and Structures

      巻: 279 ページ: 112364

    • DOI

      10.1016/j.ijsolstr.2023.112364

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Analyzing the bending deformation of van der Waals-layered materials by a semi-discrete layer model2023

    • 著者名/発表者名
      Akiyoshi Masao、Shimada Takahiro、Hirakata Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 134 ページ: 175102

    • DOI

      10.1063/5.0170037

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Discovery of Ultrasmall Polar Merons and Rich Topological Phase Transitions: Defects Make 2D Lead Chalcogenides Flexible Topological Materials2023

    • 著者名/発表者名
      Xu Tao、Qian Tao、Wang Jie、Hirakata Hiroyuki、Shimada Takahiro、Kitamura Takayuki
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 34 ページ: 2311141

    • DOI

      10.1002/adfm.202311141

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Superelastic-like nonlinear deformation hidden in ferroelectric ceramics2023

    • 著者名/発表者名
      Minami Susumu、Nakayama Tomohiro、Shimada Takahiro
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 134 ページ: 94102

    • DOI

      10.1063/5.0164669

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient phase-field simulation for linear superelastic NiTi alloys under temperature gradients2023

    • 著者名/発表者名
      Xu Tao、Wang Chunyu、Zhu Yuquan、Wang Yu、Yan Yabin、Wang Jie、Shimada Takahiro、Kitamura Takayuki
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 259 ページ: 108592

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2023.108592

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 鉄単結晶におけるひずみ誘起磁気相転移の電子的制御に関する第一原理解析2023

    • 著者名/発表者名
      MINAMI Susumu、ABE Yoshimasa、SHIMADA Takahiro
    • 雑誌名

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      巻: 89 ページ: 23~00119

    • DOI

      10.1299/transjsme.23-00119

    • 査読あり
  • [学会発表] Rewritable material strength by electrons and holes2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Hirakata, Takahiro Shimada
    • 学会等名
      Advanced Materials Research GRAND MEETING (MRM2023/IUMRS-ICA2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Altering material strength by excess electrons and holes2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Hirakata, Takahiro Shimada
    • 学会等名
      The 7th Joint-Symposium on Mechanics of Advanced Materials & Structures (JSMAMS 2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rewritable high fracture toughness of silica glass by injection and removal of electrostatic charge2023

    • 著者名/発表者名
      Wataru Matsunaga, Seiya Shichino, Hiroyuki Hirakata
    • 学会等名
      The Advanced Technology in Experimental Mechanics and International DIC Society Joint Conference 2023 (ATEM iDICs 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of excess electrons/holes on elastic properties of van der Waals stacked materials2023

    • 著者名/発表者名
      Atsuki Kiyonaga, Wataru Matsunaga, Hiroyuki Hirakata
    • 学会等名
      The Advanced Technology in Experimental Mechanics and International DIC Society Joint Conference 2023 (ATEM iDICs 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] 余剰電子/ホールドープによるファンデルワールス原子層積層材料の弾性特性変化2023

    • 著者名/発表者名
      清永敦生, 松永航, 平方寛之
    • 学会等名
      日本機械学会2023年度年次大会
  • [学会発表] 静電気の注入・除去によるアモルファスシリカの破壊じん性制御2023

    • 著者名/発表者名
      松永航, 七野誠哉, 高橋拓眞, 平方寛之
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2023材料力学カンファレンス
  • [学会発表] 絶縁体SiO2と半導体Siの界面強度に及ぼす余剰電子/ホール効果の実験的評価2023

    • 著者名/発表者名
      河田圭吾, 平方寛之, 松永航
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2023材料力学カンファレンス
  • [学会発表] 物質中の力の原子軌道分解法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      阿部能将, 見波将, 嶋田隆広
    • 学会等名
      第8回マルチスケール材料力学シンポジウム
  • [学会発表] LCAO法に基づく応力の原子軌道分解法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      阿部能将,坂口竣平,見波将,嶋田隆広
    • 学会等名
      日本機械学会 第36回計算力学講演会(CMD2023)
  • [備考] 京都大学・固体力学研究室

    • URL

      https://msr.me.kyoto-u.ac.jp/

  • [備考] 京都大学・材料物性学研究室

    • URL

      https://material.me.kyoto-u.ac.jp/

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公開日: 2024-12-25  

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