Interaction between transition metal impurities and dislocations in diamond crystals

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本研究では、金属援用終端法によるダイヤモンド単結晶の低転位密度化のメカニズム解明を目標に、ダイヤモンド中に添加されたタングステン金属と転位との相互作用を解明することを目的としている。タングステン原子の局所微細構造・ドーパントサイトの評価、転位種別・分布の解析、歪み状態・分布の評価を行う。これらの解析結果をもとに、タングステン金属不純物による転位形態の変態機構をモデル化し、タングステン金属不純物と転位の相互作用について学術的に解明することを目的としている。2020年度は、高温高圧合成法により作製されたダイヤモンド単結晶基板上に、化学気相成長法を用いて、タングステンをin-situドーピングしつつダイヤモンド単結晶を成長させた。作製した試料の蛍光X線測定により、タングステンドープが確認された。ダイヤモンド単結晶中のタングステンの蛍光X線吸収微細構造（XAFS）スペクトルを取得し、得られたXAFSスペクトルの広域X線吸収微細構造（EXAFS）解析により、タングステン原子からの第1・第2・第3隣接原子間距離を見積もった。タングステン原子のダイヤモンド結晶構造中の局所微細構造は、転位との相関を明らかにする上で重要な情報となる。2021年度に、タングステン添加ダイヤモンド単結晶膜試料の歪み・転位測定、顕微ラマンマッピング測定、逆格子空間マッピング測定を行った。2022年度は状態の異なる複数のタングステン添加ダイヤモンド単結晶膜試料を作製し、蛍光X線吸収微細構造（XAFS）測定を行った。放射光施設実験装置の故障により予定していた転位・歪み測定を行うことができなかった。今後、複数試料のXAFSスペクトルを用いた局所微細構造解析を進めるとともに、前年度で実行できなかった転位・歪み測定解析を行う予定である。