2002 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
01J05273
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
大場 史康 東京大学, 工学部附属総合試験所, 特別研究員(PD)
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Keywords | 酸化亜鉛 / 双結晶 / 粒界 / 透過型電子顕微鏡法 / 第一原理法 / 界面構造 / 電気的特性 / 電子状態 |
Research Abstract |
結晶粒界に特有な機能を示す酸化亜鉛を中心とした酸化物セラミックスについて,その機能発現メカニズムを原子・電子レベルで定量化するため,第一年度に引き続いてモデル実験とそれに対応する理論計算を行った.まず,[0001]軸配向組織を持つ酸化亜鉛薄膜試料について透過型電子顕微鏡観察を行い,どのような性格の傾角粒界が存在するかを調べた.その結果,転位列で記述される小角粒界,安定表面を粒界面としたファセット構造をもつ非対称粒界,そして,対称的な構造ユニットを持つ対応粒界の3種類の構造が主に存在することがわかった.特に対応粒界を取り上げ,その原子構造について理論計算を併用することにより詳細に検討した.理論計算からはダングリングボンドを持つ構造と持たない構造の2タイプが予測されたが,観察された構造は前者と良く一致し,実際の界面にはダングリングボンドが高密度に存在することが判明した.しかし,第一原理法による電子構造計算を行った結果,ダングリングボンドに起因する電子状態はバンドギャップ中には形成されないことがわかり,粒界での原子配列の乱れによって形成される電子状態は,電気的特性に直接関係しないということが示唆された.これを実験的に検証するため,様々な性格のねじり粒界を含む無添加酸化亜鉛双結晶を単結晶の拡散接合により作製し,電気的特性を測定した.その結果,どのような性格の粒界についても単結晶と同様なオーミック特性が得られ,理論計算の結果が支持された.一方で,界面にCoを添加した双結晶試料について電気的特性の測定を行った場合,原子配列の乱れがほとんどないような粒界においても非直線的な特性が見られることがわかった.また,この非直線特性は冷却条件に大きく依存することから,不純物だけでなくZnOに固有な点欠陥の効果が重要であることが判明した.
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Research Products
(11 results)
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[Publications] Fumiyasu Oba: "First-principles calculations of Co impurities and native defects in ZnO"Materials Transactions. 43・7. 1439-1443 (2002)
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[Publications] Naoya Shibata: "Atomic structure and solute segregation of Σ=3, [110]/{111} grain boundary in yttria stabilized cubic zirconia bicrystal"Philosophical Magazine Letters. 82・7. 393-400 (2002)
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[Publications] Yukio Sato: "Current-voltage characteristics across [0001] twist boundaries in zinc oxide bicrystals"Journal of the American Ceramic Society. 85・8. 2142-2144 (2002)
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[Publications] Hiroki Moriwake: "Formation energy of Cr/Al-vacancies in spinel MgCr_2O_4 and MgAl_2O_4 by first principles calculations"Physical Review B. 65・15. 153103 1-153103 4 (2002)
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[Publications] Takahisa Yamamoto: "Current-voltage characteristics across small-angle symmetric tilt boundaries in Nb-doped SrTiO_3 bicrystals"Materials Transactions. 43・7. 1537-1541 (2002)
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[Publications] Isao Tanaka: "Theoretical formation energy of oxygen-vacancies in oxides"Materials Transactions. 43・7. 1426-1429 (2002)
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[Publications] 山本 剛久: "電子セラミックスの粒界構造と電気的特性"セラミックス. 37・6. 435-440 (2002)
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[Publications] 田中 功: "局在量子構造探究のための理論計算"セラミックス. 37・6. 423-429 (2002)
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[Publications] Fumiyasu Oba: "Electronic states associated with bond disorder at ZnO grain boundaries"Advances in Quantum Chemistry. 42. 175-186 (2003)
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[Publications] Hiroki Moriwake: "First principles calculations of the formation energy of Cr/Al vacancies in spinel-type MgCr204 and MgAl204"International Journal of Quantum Chemistry. 91・2. 208-210 (2003)
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[Publications] Fumiyasu Oba: "Current-voltage characteristics of cobalt-doped inversion boundaries in zinc oxide bicrystals"Journal of the American Ceramic Society. (印刷中). (2003)