| 研究課題/領域番号 |
26420681
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
堀部 陽一 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80360048)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ナノ構造 / 透過型電子顕微鏡 / 電子回折 / 軌道整列 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、「イオン拡散を伴う新しいタイプのd電子軌道秩序化現象の結晶学的・組織学的特徴を明らかにし、秩序化に伴い出現するナノ構造の精密制御法を確立する」ことである。本年度は、前年度に引き続きチェッカーボード型ナノ構造形成機構の解明を行うと共に、チェッカーボード型ナノ構造の成長機構解明を目的として研究を行った。具体的には、前年度作製したイオン拡散型軌道秩序化現象を示すMn系スピネル遷移金属化合物(Co,Mn,Fe)3O4において、様々な温度および保持時間で熱処理を行った際のナノ構造変化について、透過型電子顕微鏡による明・暗視野法を用いた実空間の観察および電子回折図形を用いた逆空間の同時観察により調べた。その結果、チェッカーボード型ナノ構造は一定温度での保持時間の増加に伴いある程度の大きさまで成長するものの、さらなる保持時間の増加によりラメラ状構造に急激に変化することが明らかとなった。これらラメラ状構造は、正方晶構造を有する高Mn領域および、立方晶構造を持つ高Fe領域（低Mn領域）より形成され、チェッカーボード型ナノ構造と比較し広いスケールでの化学相分離に起因するものであることが見いだされた。このことから、チェッカーボード型ナノ構造の成長には、本系における局所歪と試料中の長距離歪場の間の微妙なバランスが重要な役割を果たすことが示唆された。
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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
本年度は、イオン拡散型軌道秩序化現象を示すMn系スピネル遷移金属化合物(Co,Mn,Fe)3O4において、前年度に引き続きチェッカーボード型ナノ構造形成機構の解明を行うと共に、チェッカーボード型ナノ構造の成長機構解明を目的として研究を行った。セラミック試料においてアニール温度を固定し保持時間を変化させた際のナノ構造変化の透過型電子顕微鏡観察から、アニール時間の増加に伴うナノ構造の急激な変化について明らかにすることが出来た。また本研究で観察された、粗大化したチェッカーボード型ナノ構造の急激な崩壊とラメラ型構造への変化は、チェッカーボード型ナノ構造の形成および成長が、正方晶ナノ構造（高Mn領域）と立方晶ナノ構造（低Mn領域）とのドメイン界面近傍に生じる局所歪と、これらの緩和のために試料中に導入されるドメイン配列の微妙なバランスの上に成り立つことが示唆された。これらの結果から、チェッカーボード型ナノ構造の制御のためには、ドメインサイズの均一化とそれによる局所歪緩和の安定化が重要であることが明らかとなった。すなわち、チェッカーボード型ナノ構造の成長過程の観察と、ナノ構造成長に寄与する因子の解明が進んでいると考えられ、本研究はほぼ予定通りに進捗していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度および本年度の研究から、チェッカーボード型ナノ構造形成過程および成長過程における正方晶ナノ構造と立方晶ナノ構造の共存に関係した局所歪と、ドメイン形成・配置による長距離歪場との密接な相関の存在が示唆された。この結果を元に、来年度の研究では、軌道秩序化の主要制御因子の解明とナノ構造精密制御法の確立を目標とし、軌道秩序化発現・進行やナノ構造変化に対する元素置換効果や欠損酸素量の影響について調べる。まず軌道秩序化を担い八面体サイトを部分占位するMnイオン量を制御し、八面体サイトの軌道密度を変化させた試料の作製を行う。得られた試料において透過型電子顕微鏡を用いた実空間・逆空間の同時観察を行い、軌道秩序化発現・進行やナノ構造変化に対する軌道密度変化の影響について調べる。その後、酸化・還元雰囲気中アニールにより欠損酸素量を制御し、イオン拡散経路を調整した試料の作製を行う。得られた試料において同様の観察を行い、軌道秩序化発現・進行やナノ構造変化に対する欠損酸素量の影響について調べる。得られた結果を元に、軌道秩序化過程におけるイオン拡散と軌道密度の空間的不均一性との関係について検討を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初新規購入を予定していた超高温型卓上型高温管状炉を利用するではなく、既存の超高温マッフル炉の発熱体交換および断熱材交換により超高温型電気炉が利用可能となったため、次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度はより効率的な研究遂行をめざし、既存の超高温型管状炉の発熱体および断熱材交換を計画している。また、より詳細に元素置換量を制御するため、小数点以下五桁目の測定が可能な高性能電子天秤の購入を検討すると共に、試料原料や坩堝等の試料作製消耗品の購入を予定している。さらに日本物理学会、日本金属学会、およびMRS学会等での研究成果の発表を考えている。
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| 備考 |
【査読有論文：Accepted】
Y. Horibe, S. Takeyama, and S. Mori, "Large-Scale Phase Separation with Nano-Twins in Manganite Spinel (Co,Fe,Mn)3O4", AIP-CP (accepted).
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