1997 Fiscal Year Annual Research Report
次世代エレクトロニクス材料としての酸化物人工超格子の原子レベル設計と開発
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09355030
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宮本 明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50093076)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保 百司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90241538)
ADIL Fahmi 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (20282105)
川崎 雅司 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (90211862)
吉本 譲 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (20174998)
鯉沼 秀臣 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (70011187)
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| Keywords | 次世代エレクトロニクス材料 / 酸化物人工超格子 / 原子レベル設計 / 結晶成長シミュレーション / ZnO / 紫外レーザー / SrTiO_3 / MgO |
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| Research Abstract |
酸化物は、高温超伝導や巨大磁気抵抗などの発見にみられるように、半導体にはない様々な物性を発現し、次世代のエレクトロニクス材料として大きな期待が集まっている。特に最近、鯉沼らはα-Al_2O_3(0001)基板上に作成したZnO量子ドットがYAGレーザーで紫外レーザー発振することを発見し、高密度記録材料などへの応用が期待されている。そこで本研究では、多体相互作用を考慮できる新規な結晶成長過程分子動力学シミュレーションプログラムMOMODYを開発し、ZnOの結晶成長過程について検討を行った。
平坦なZnO(0001)表面上にZnO分子を連続的に析出させたところ、析出させたZnO分子は全て再蒸発してしまい、平坦なZnO(0001)表面では結晶成長が非常に起こりにくいことが明らかとなった。次に、表面ステップを持つZnO(0001)面上での結晶成長過程についても検討した。その結果、平坦なZnO表面の場合とは異なり、ステップ基板では結晶成長が急激に進行することが明らかにされた。さらに詳細な成長過程の検討により下記のことが明らかにされた。平坦なZnO(0001)面上ではZnまたはOのみが表面上にでているため、析出したZnO分子は表面に対して1配位構造しかとれず、非常に不安定となりすぐに蒸発が起こる。それに対し、ステップを持つ表面では析出したZnO分子は表面に対して2配位構造をとり安定化することができる。その後、このZnOの2配位構造が結晶核となり結晶成長が進むことも明らかにされた。
さらに、上記結晶成長シミュレーションプログラムを活用することにより、MgO(001)面やSrTiO_3(001)面など様々な酸化物基板表面での結晶成長過程を明らかにするとともに、最適な合成条件を予測することに成功した。
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[Publications] M.Kubo, et al.: "Atomic Control of Layer-by-Layer Epitaxial Growth on SrTiO_3(001) : Modecular Dynamics Simulations" Physical Review B. 56. 13535-13542 (1997)
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[Publications] M.Kubo, et al.: "Layer-by-Layer Homoepitaxial GrowthProcess of MgO(001) as Investigated by Molecular Dynamics,Density Functional Theory and Computer Graphics" The Journal of Chemical Physics. 107. 4416-4422 (1997)
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[Publications] M.Kubo, et al: "Molecular Dynamics Study of Epitax ial Growth and Cluster Formation on MgO(001)" AIChE Journal. 43. 2765-2772 (1997)
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[Publications] K.Tsujimichi, et al.: "Simulation of Atomic Force Microscopy Images of Cleared Mica Surfaces" The Journal of Physical Chemistry B. 101. 4260-4264 (1997)
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[Publications] X.Yin, et al.: "Structure of TiO_2 Surfaces : A Molecular Dynamics Study" Applied Surface Science. 119. 199-202 (1997)
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[Publications] A.Stirling, et al.: "I-point Density Functional Calculation on the Adsorption of Rhodium and Palladiurn Particles on MgO(001) Surface and Their Activity" The Journal of the Chemical Society,Faraday Transactions. 93. 1175-1178 (1997)
