研究課題
単結晶酸化物ナノワイヤは多彩な機能物性及び大気・水中での化学的安定性から、近年急速に注目を集めている研究分野である。本研究では、酸化物ナノワイヤが本来有するナノ機能物性の抽出・応用展開において根本的な障壁となっていた格子欠陥形成メカニズムを解明・制御し、極めて格子欠陥の少ない高結晶性絶縁体単結晶酸化物ナノワイヤを創成することを目的とする。当該年度は酸化スズ(SnO2)ナノワイヤにおいて、前年度までに得られた結晶成長界面(固液界面・気固界面)に由来する巨大な電気伝導度の差異の起源を追究するため、UV吸収測定(バンドギャップ)、単一ナノワイヤ多端子測定法(伝導性の空間分布)、透過電子顕微鏡断面エネルギー損失分光(化学組成の空間分布)を用いた多角的な評価を行うと共に、分子動力学シミュレーションによる結晶成長の微視的挙動の解明に取り組んだ。その結果、①新たに制御形成したナノワイヤ構造体において、前年度までに得られた気固界面格子欠陥導入モデルよりと一致する実験的・理論的結果が得られ、②固液界面のみから成るナノワイヤ結晶成長を実現することにより、格子欠陥を劇的に抑制した高結晶性絶縁体酸化物ナノワイヤを創成することに成功し、③本結果が、固液界面のみで生じる界面アニーリング効果に起因することを明らかにした。更に本研究で明らかにした結晶成長メカニズムに基づいて各種単結晶酸化物ナノワイヤ(MgO, ZnO, SnO2, NiOなど)の低温成長法を確立し、従来法では困難であったITOガラスやポリイミド基板上での単結晶酸化物ナノワイヤ成長を実現した。
1: 当初の計画以上に進展している
H28年度は①種々の物性測定手法により各種単結晶酸化物ナノワイヤ結晶成長を多角的に評価し、格子欠陥形成メカニズムを解明すること、②格子欠陥を劇的に抑制した高結晶性絶縁体酸化物ナノワイヤを創成すること、の2点を当初の目的としていたが、臨界核結晶成長メカニズムに基づくナノワイヤ結晶成長制御、および数値シミュレーションにより格子欠陥形成メカニズムを微視的レベルから解明することに成功し、格子欠陥を劇的に抑制した高結晶性絶縁体酸化物ナノワイヤの創成に成功している。更に本研究で明らかにした結晶成長メカニズムに基づいて、各種単結晶酸化物ナノワイヤ成長において適用可能な低温成長法を新たに構築することに成功したため。
前年度までに作製・評価を行ってきた単結晶酸化物ナノワイヤの格子欠陥形成メカニズムの解明を更に推し進め、ナノ機能物性実現の基礎となる格子欠陥種の解明と制御を行う。具体的には電子スピン共鳴法（ESR）や蛍光分光法、赤外分光法などの各種高感度分光法を従来の電気伝導特性評価法と相補的に行い検証する。加えて、前年度までに明らかにした液固界面・気固界面結晶成長メカニズムに基づいて、形成される結晶性の差異を利用した新規ナノ機能物性の探索を行う。
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すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 14件、 招待講演 1件) 備考 (1件)
ACS Sensors
巻: 1 ページ: 997-1002
DOI: 10.1021/acssensors.6b00364
ACS Applied Materials & Interfaces
巻: 8 ページ: 27892-27899
DOI: 10.1021/acsami.6b09761
Nano Letters
巻: 16 ページ: 7495-7502
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03227
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