物質創製研究部

結晶材料化学研究部門

宇田 聡
教授 宇田 聡
准教授 岡田 純平
助教 小泉 晴比古
助教 野澤 純

界面現象の操作で新しい結晶成長法を切り拓く

高度情報化社会を支えているエレクトロニクス、オプトエレクトロニクスの分野でそのキーとなる機能性材料やデバイスの発達は、関連する単結晶の探索に大きく依存してきました。本部門は、結晶成長過程における界面現象と育成された結晶の特性の関係を明らかにするといった立場から、主として融液からの結晶成長に取り組んでいます。特に、電場、磁場、あるいは応力場といった“外場” を界面に印加したり、また、融液に対し熱処理やあるいは攪拌混合などの機械的操作を加え、結晶―融液間の自由エネルギー関係を調整することで、界面ダイナミックスを人為的に操作するといった新しい手法の結晶成長法を目指しています。こうしたアプローチを組み合わせることにより、21世紀高度情報化社会に必要な、光学、圧電、磁性等の分野で有用な新結晶や、従来育成が困難とされていた結晶の創製を可能にしていきます。

結晶成長、 化学ポテンシャル、外場印加
コロイド結晶を用いた結晶化のモデル

コロイド結晶を用いた結晶化のモデル。(a) 不純物を添加した溶液から成長させたコロイド結晶では,実効分配係数の成長速度依存性など通常の結晶成長と同様の分配挙動を示す。(b) 多結晶成長では,結晶成長中に不純物(赤蛍光)が粒界に濃縮する。粒界の不純物濃度は,粒界をなす粒子同士の角度,また,界面に形成された凹みの大きさによって変化する。(c) 粒子間相互作用を変化させると,2 次元核発生が主要な機構となる気相または溶液成長に類似の成長様式を持つ。コロイド結晶成長中の1粒子レベルの挙動を明らかにする事で相転移のカイネティクスに迫ることができる。

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