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2014 年度 実施状況報告書

高速液中周波数変調AFMによる原子スケールでの結晶成長メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 26870221
研究機関埼玉大学

研究代表者

小林 成貴  埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (40595998)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード原子間力顕微鏡 / 固液界面
研究実績の概要

本研究の目的は、高速動作可能な液中周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いて、結晶成長の様子を原子スケールで直接観察することで、結晶成長メカニズムを根本から理解することである。
平成26年度は、研究代表者の異動に伴い、液中FM-AFM装置を一から立ち上げることに多くの時間を要した。装置立ち上げ後、残りの期間で実験系の再現およびフッ化カルシウム以外の最適な結晶試料の探索を行った。
一方で、液中FM-AFMによる水和構造計測の実験結果を理論シミュレーションと比較することで、液中FM-AFMによる水和構造計測メカニズムを議論した。フッ化カルシウム/水溶液および炭酸カルシウム/水界面での水和構造計測の実験結果とシミュレーション結果はほぼ一致することが分かった。そこから、探針先端原子直下で生じる水和構造変化や水の閉じ込めによって探針先端原子に直接作用する力が、原子スケールのコントラストの形成に支配的に寄与することも分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初の計画は、26年度はフッ化カルシウムをはじめとした結晶の成長過程の原子スケール観察に取り組む予定であった。しかしながら、研究代表者の異動に伴い、液中AFM装置を一から立ち上げる必要が生じたため、現状復帰までに相当時間を要した。そのため、目標の時点までは到達しておらず、現時点での達成度は「やや遅れている」と自己評価した。
平成27年4月現在、AFM装置は順調に稼働しており、これまでの遅れを取り戻すべく、当初の計画を推進している。

今後の研究の推進方策

今後は当初平成26年度の予定であった、ステップエッジにおける結晶成長の様子と、そこでの水和構造を液中FM-AFMを用いて原子スケールで観察することを中心に取り組んでいく。また、観察対象として当初はフッ化カルシウムを予定していたが、フッ化バリウムといった他のアルカリ土類フッ化物との比較や、ステップエッジでの成長機構の理解が、良質な結晶作製に重要なタンパク質結晶を対象にすることも考えている。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2015 2014

すべて 学会発表 (4件)

  • [学会発表] 3次元走査型力顕微鏡とMDシミュレーションを用いたカルサイト/水界面の水和構造観察機構の解明2015

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、小林成貴、Bernhard Reischl、Peter Spijker、Fillippo Federici Canova、Adam S. Foster、福間剛士
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] Imaging Mechanism of 3D Hydration Structures of CaF2-Water Interfaces Investigated by Simulation and Experiments2014

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, N. Kobayashi, M. Watkins, A.L. Shluger, T. Fukuma
    • 学会等名
      The 22nd International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • 発表場所
      熱川ハイツ(静岡県東伊豆町)
    • 年月日
      2014-12-11 – 2014-12-13
  • [学会発表] 3次元走査型力顕微鏡を用いたCaF2(111)/水界面の水和構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      宮澤佳甫、小林成貴、Matthew Watkins、Alexander L. Shluger、福間剛士
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] 3D Hydration Structure of CaF2-Water Interfaces Investigated by 3D-SFM2014

    • 著者名/発表者名
      K. Miyazawa, N. Kobayashi, M. Watkins, A.L. Shluger, T. Fukuma
    • 学会等名
      17th International Conference on non-contact Atomic Force Microscopy
    • 発表場所
      Tsukuba International Congress Center(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2014-08-04 – 2014-08-08

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公開日: 2016-06-01  

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