高分解能電子顕微鏡法によるセラミックス固・液界面の原子構造の研究

点击翻译按钮获取中文摘要

固・液界面の原子レベルの構造を解析することは、物理学における大きなテーマであった。本研究では、新たに開発した超高温加熱ホルダーを用い、透過電子顕微鏡内で、固・液界面の原子構造と、結晶成長におけるその挙動を観察する事を目的とした。対象物質としては、高真空中でも液層が安定に存在すると考えられる、酸化物系セラミックスを用いた。アルミナにおいては、直径100nm程度の液滴を形成することに成功し、またそれを起点にアルミナウィスカーの成長を観察した。ウィスカーの成長過程においては、原子的にフラットな固・液界面を形成し、モノレイヤー成長が観察された。固・液界面において核生成率、界面拡散係数を直接求めることに成功した。ムライトにおいては、非晶質、及び結晶質母相からの液相の形成を確認した。融解したムライトは、シリカリッチな液相とアルミナに分解した。結晶質ムライトにおいては、固・液界面を原子分解能で観察することに成功した。界面構造は、アルミナと異なり原字的にラフな界面を形成した。金属アルミニウムの融解凝固過程およびシリコン・アルミニウムの固・液界面の原子構造の観察にも成功た。シリコン・アルミニウムの固・液界面では、1原子層の界面構造が観察された。またシリコン表面へのアルミニウムの拡散のにより、比較的低真空でもクリーンなシリコン表面が安定に形成される現象を見出した。上記の研究過程において、電子線エネルギー損失分光法が1000℃以上の高温でも適用可能であることを見出した。本研究により、1000℃以上の高温において様々な物質の固・液界面の構造および組成の解明方法が確立された。