Understanding the synthesis and electronic behavior of beta tungsten thin film materials

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令和4年度の研究実績は下記のとおりである。1) レーザー誘起蛍光法計測システムを構築した。この方法を用いてアルゴン(Ar)の圧力がタングステン(W)中性粒子の速度分布に及ぼす影響を調査した。その結果、Ar圧力が減少すると熱的W粒子と高速W粒子の割合が減少することが分かった。Ar圧力が減少するとα-Wからβ-Wに結晶構造が変化することから、W中性粒子の速度分布が構造に及ぼす影響を明らかにした。W中性粒子の挙動をモデリングするため、W源であるWターゲットの表面結晶方位がスパッタリング率に及ぼす影響をより詳しく調べた。また、機械学習によるWスパッタリング率の角度依存性の予測も評価した。2)巨大なスピンホール効果が予想されているA15構造を持つW-タンタル薄膜(W3Ta)の成膜にチャレンジした。様々な成膜条件で薄膜を合成し、結晶構造とTa/Wの組成率を評価した。その結果Ta/Wの組成率が0.02以上増加すると、A15構造からbcc構造に変化することが分かった。3) 昨年度第一原理計算を用いて、β-Wよりα-Wの方が水素不純物の結合エネルギーが高いことを明らかにした。これを受けて、まずα-W中の欠陥と水素の相互作用を実験的に調べた。純Wの結晶粒と粒界分布が水素の吸増量に及ぼす影響が弱いことを明らかにした。また、巨大なスピンホール効果が予想されていW-レニウム(Re)合金中のReと水素の相互作用を明らかにするため、W-Re合金の水素吸増量も評価した。温度が600 K以下の領域ではW-Reと純Wの吸増量が良く一致したことから、Reと水素の相互作用は弱いと考えられた。4) 薄膜の残力により生じる塑性変形損傷 (亀裂等) を評価するため、機械学習を用いてW中の亀裂発生に起因するアコースティックエミッション信号の分類を行った。その結果、亀裂が発生する位置（中心と周辺）を分類することができた。