強磁性トンネル接合デバイス絶縁層における結晶粒界効果の解明

阐明铁磁隧道结器件绝缘层中的晶界效应

• 批准号: 15K14117
• 负责人: 王 中長
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15K14117/
• 关键词: 粒界; 電子顕微鏡; 界面

セラミックス焼結体は、電子回路の基板、プラグなど自動車部品、電子材料のコンデンサーやバリスター、碍子など、様々な用途で使用されているが、特にその電気的特性および機械的強度のばらつきが大きな問題点になっている。そのような諸特性は、粒界における格子整合性と密接に関係するということと、原料中に混在している微量な不純物の存在の影響と考えられているが、その詳細は不明である。そのため、粒界諸特性の発現挙動が遷移する対応方位関係(Σ粒界)から僅かに傾角させたNear-Σ粒界について、粒界局所構造を詳細に調べる必要がある。高純度(99.9%)酸化マグネシウム(MgO)のΣ5(310)[001]対応粒界(Σ粒界)および対応方位関係から僅かに傾角させたNear-Σ粒界をモデル系として比較する。汎用型透過型電子顕微鏡(CTEM)、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡(STEM)と第一原理計算を駆使して、残留不純物が偏析しやすい結晶粒界近傍における極微量不純物の所在と形成される微細構造を原子レベルで観察、さらに安定構造をシミュレーションした。Σ粒界について、高角環状暗視野(HAADF)像と原子分解EELSマッピングより、極微量の不純物であるカルシウム(Ca)原子とチタン(Ti)原子が同時に結晶粒界に偏析し、原子スケールで規則配列した自然には存在しない三次元構造(超構造)を形成していることが観察された。さらに理論計算によると、それらが複数の欠陥や電荷と強く結びついて、複雑な安定構造及び特有の電子状態を形成していることが明らかにされた。Near-Σ粒界の暗視野像では、等間隔で配列する直線状の刃状転位に起因するコントラストが観察された。対応方位関係からの僅かなずれによるミスマッチを補正するために、バーガースベクトルが非常に小さいDisplacement Shift Complete (DSC) 転位を導入して、ミスマッチ領域を局在化していることがわかった。

Sintered body, electronic circuit substrate, high-grade automotive components, electronic materials, electronic materials The characteristics of the particles are closely related to the lattice integration. The influence of trace impurities in the raw materials is unknown. It is necessary to adjust in detail the structure of grain boundary structure. High purity (99.9%) Acidification of MgO (MgO) with Sigma 5(310)[001] grain boundary (Sigma grain boundary) and azimuth relationship from only oblique angle to Near-Sigma grain boundary. Universal Transmission Electron Microscope (CTEM), Spherical Phase Correction Study Transmission Electron Microscope (STEM), First-Principle Calculation, Segregation of Residual Impurities, Location of Fine Particles Impurities Near Crystalline Particle Boundary, Formation of Fine Structures, Atomic Phase Inspection, and Stable Structure Development. High angle annular dark field (HAADF) images, atomic decomposition, EELS, impurities, fine particles,(Ca) atoms,(Ti) atoms, and simultaneous crystal grain boundary segregation, atomic regular alignment, and natural existence of three-dimensional structures (superstructures). The theoretical calculation shows that there are complex and incomplete charges, strong junctions, stable structures and unique electronic states. The dark field images of the Near-Sigma grain boundaries are arranged at equal intervals in a straight line and in an edge position. For the orientation relationship, the position is introduced into the domain of the very small Displacement Shift Complete (DSC).

项目成果

Atomistic mechanisms of nonstoichiometry-induced twin boundary structural transformation in titanium dioxide.

• DOI: 10.1038/ncomms8120
• 发表时间: 2015-05-11
• 期刊: NATURE COMMUNICATIONS
• 影响因子: 16.6
• 作者: Sun, Rong;Wang, Zhongchang;Saito, Mitsuhiro;Shibata, Naoya;Ikuhara, Yuichi
• 通讯作者: Ikuhara, Yuichi

Misfit Accommodation Mechanism of the Heterointerface between Superhard Diamond and Cubic Boron Nitride

超硬金刚石与立方氮化硼异质界面的失配调节机制

• 发表时间: 2015
• 期刊: Nature Communications
• 影响因子: 16.6
• 作者: C. L. Chen;Z. C. Wang;T. Kato;N. Shibata;T. Taniguchi;Y. Ikuhara
• 通讯作者: Y. Ikuhara

Magnetoelectric quasi-(0-3) nanocomposite heterostructures

• DOI: 10.1038/ncomms7680
• 发表时间: 2015-03-01
• 期刊: NATURE COMMUNICATIONS
• 影响因子: 16.6
• 作者: Li, Yanxi;Wang, Zhongchang;Viehland, Dwight
• 通讯作者: Viehland, Dwight

Atomistic Origin of Ordered Superstructure Induced Superconductivity in Layered Chalcogenides

层状硫属化物中有序超结构诱导超导性的原子起源

• 发表时间: 2015
• 期刊: Nature Communications
• 影响因子: 16.6
• 作者: Ran Ang;Zhongchang Wang;Chunlin Chen;Jun Tang;N. Liu;Y. Liu;W. J. Lu;Yuping Sun;Takao Mori;Yuichi Ikuhara
• 通讯作者: Yuichi Ikuhara

Structural and Electronic Reconstruction at Grain Boundaries of Titanium Dioxide

二氧化钛晶界的结构和电子重构

• 发表时间: 2015
• 作者: C. L. Chen;Z. C. Wang*;F. Lichtenberg;Y. Ikuhara;and J. G. Bednorz;Z. C. Wang
• 通讯作者: Z. C. Wang