研究課題
転位における偏析現象の解析が小ささゆえに困難であり、溶質元素偏析の有無が確認できなかったためであると考えられる。近年、各種分析機器の性能向上により、原子スケールでの解析が可能となっている。最先端の収差補正透過走査型電子顕微鏡(STEM)では、0.1nmを超える空間分解能をも所有する。また、技術革新とともに高角環状暗視野像法(HAADF)を利用できるようになり、原理的に極めて原子直視性が高い像、さらに組成識別能に優れた像を得ることができるようになってきている。また、STEMと電子エネルギー損失分光法(EELS)を組み合わせることによって、原子スケールでの材料組成マッピングや化学結合状態分析が可能になってきている。本研究では、絶縁体中の転位に沿って金属を自己拡散させ、金属量子細線を形成・評価すること、またその物性を調べることを目的とする。さらに結晶中の転位配列の制御により、高密度化技術を確立するための指針を得る。転位を導入する母材として、絶縁体の酸化マグネシウム(MgO)を用いた。転位の導入の一つの有効な手段として、高温接合技術で作るバイクリスタルの粒界を利用したバイクリスタル法を採用する。同時に、その熱処理によって、不純物元素を拡散させることを試みた。HAADF-STEM像観察及びSTEM-EELSによる原子分解組成マッピングを行った結果、界面には、格子ミスマッチに対応した構造ユニットが形成され、不純物のCaとTiがミスマッチを緩和するように粒界偏析していた。得られた構造モデルから、第一原理計算を行い、界面電子状態を調べたところ、界面の電気的なチャージバランスを補正していることがわかった。また、マトリックスであるMgOは、本来絶縁体であるにも関わらず、界面に形成したTi量子ワイヤーによって伝導チャンネルが形成され、半導体的挙動を示すことがわかった。
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