物質創製研究部

結晶材料化学研究部門

Satoshi UDA

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

(a) 静電浮遊溶解装置の内部写真。静電気力を用いて帯電試料を浮遊保持する。

(b) 大過冷却液体Si を急冷凍結した試料のSEM 像。

液体シリコン(Si) を融点よりも数百K以上過冷させた状態を急冷凍結することによってバルクアモルファス(a-)Si を作製することを試 みている。液体を保持するためには通常容器を用いるが、その場合、容器と液体の界面で不均質核生成が生じるため液体を深く過冷させることが困難である。(a) 本部門では、静電浮遊法を用いて無容器状態で液体を保持することによって液体を深く過冷させ、単ロール法 を用いて急冷凍結する実験を進めている。(b) 300K 以上過冷させた液体Si を急冷凍結させた試料のSEM 像である。このようなナノ結 晶が凝集した組織は、アモルファスのアニールによって生じることがあり、大過冷却液体Siの急冷プロセスにおいてアモルファスが一時的に形成された可能性を示す。

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