2005 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ引き下げ法による新規フォトニック結晶の設計とその融液成長
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15360001
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川添 良幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30091672)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 承生 東北大学, 多元物質科学研究所, 客員教授 (30199236)
吉川 彰 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (50292264)
水関 博志 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (00271966)
西松 毅 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70323095)
BELOSLUDOV R.V. 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (10396517)
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| Keywords | フォトニック結晶 / 単結晶育成 / マイクロ引き下げ法 / 共晶体 / 流体計算 / マランゴニ対流 / 材料設計 / 機能性材料 |
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| Research Abstract |
本研究は、光技術革新において期待されているフォトニック結晶を開発対象とし、ナノテクノロジーにより新規に発見された物性をそのまま有するフォトニック結晶のバルク体の開発を達成するため、コンピューターシミュレーションを用いた材料設計法の確立と、それに基づいたマイクロ引下げ法による高速融液成長法の確立およびフォトニックバンドギャップの評価法の確立を目指している。
流体計算によるアプローチでは微小重力状態下で現れるマランゴニ対流を通常の単結晶の引上げ法およびマイクロ引下げ法での融液の流体計算コード(finite volume method)に取り入れて、より高精度のシミュレーション手法を確立した。今年度は大口径高品質単結晶用の新しい対流制御法であるAdjustable Rotating Ring Czochralski method(ARRCZ)を提案し、この制御方法による種結晶の成長速度、固液界面の平滑性、対流の安定性について検討し、最適な単結晶作製条件を探索した。
結晶育成によるアプローチでは、実験に用いた共晶体はマイクロ引き下げ法により作製した。Al_2O_3・Y_2O_3と言った原料を共晶組成となるモル比に秤量・混合し、焼成した後イリジウム坩堝中で融解し、種結晶を用いて成長させた。本年度はAl_2O_3/Y_3Al_5O_12、Al_2O_3/Y_3Al_5O_12/ZrO_2やMgAl_2O_4/MgOなど様々な材料系について材料探索を行った。その結果、材料系の違いや不純物の添加・引き下げ速度など、共晶体の微細組織に影響を与える様々な要因を明らかにした。特にMgAl_2O_4/MgOではMgAl_2O_4相中にMgO相の規則的なパターンが観測され、酸処理によりMgO部分のみのエッチングにも成功した。
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