金属の低温対数クリープにおける量子効果の研究

低温でのクリープ変形装置についてはその設計・制作を行ったものの,装置を搭載するクライオスタットにトラブルが発生したため,クリープ変形については,まだ有用な知見を得るには到っていない.また本研究に関して,ナノメートルサイズの材料の破断に関する研究を行い,特に金の場合にはコンダクタンスの量子化現象が確認されている.一般に金属の接点を開くときに接点の間に一時的にブリッジが形成され,接点が開くにつれてブリッジはネッキングを起こす.破断寸前にはネックの大きさは原子数個の大きさになり,その強度は理想結晶強度を示すと考えられている.今回の研究では金の接点で量子化コンダクタンスが観測され,実際にネックが原子レベルの大きさになっていることが確認された.また量子化コンダクタンスは接点のバイアス電圧を高くすると消失することが見出された.この現象は,高バイアス電圧では接点電流が大きくなるために,電子電流によるエレクトロマイグレーションの力が接点の原子に働き,接点を不安定にするためであると考えられる.実際が“電子風"による力は理想結晶の原子を動かす力と同程度となっている.金以外の金属の場合には,明瞭な量子化コンダクタンスが観測されず,これは材料の金属が金ほどの延性を有しないためであると考えられる.また半導体であるシリコンについても破断実験を行った結果,接点の安定な原子配置に対応すると思われるコンダクタンスのステップを見出すことができた.しかしこれらのステップは量子化コンダクタンスよりも小さい値となっている.この原因としては,シリコンでは電子のフェルミ波長が金属よりも大きいために,原子サイズの接点では量子化コンダクタンスのチャネルが形成されないことが考えられる.

低温でのクリープ変形装置についてはその設計・制作を行ったものの,装置を搭載するクライオスタットにトラブルが発生したため,クリープ変形については,まだ有用な知見を得るには到っていない.また本研究に関して,ナノメートルサイズの材料の破断に関する研究を行い,特に金の場合にはコンダクタンスの量子化現象が確認されている.一般に金属の接点を開くときに接点の間に一時的にブリッジが形成され,接点が開くにつれてブリッジはネッキングを起こす.破断寸前にはネックの大きさは原子数個の大きさになり,その強度は理想結晶強度を示すと考えられている.今回の研究では金の接点で量子化コンダクタンスが観測され,実際にネックが原子レベルの大きさになっていることが確認された.また量子化コンダクタンスは接点のバイアス電圧を高くすると消失することが見出された.この現象は,高バイアス電圧では接点電流が大きくなるために,電子電流によるエレクトロマイグレーションの力が接点の原子に働き,接点を不安定にするためであると考えられる.実際が“電子風"による力は理想結晶の原子を動かす力と同程度となっている.金以外の金属の場合には,明瞭な量子化コンダクタンスが観測されず,これは材料の金属が金ほどの延性を有しないためであると考えられる.また半導体であるシリコンについても破断実験を行った結果,接点の安定な原子配置に対応すると思われるコンダクタンスのステップを見出すことができた.しかしこれらのステップは量子化コンダクタンスよりも小さい値となっている.この原因としては,シリコンでは電子のフェルミ波長が金属よりも大きいために,原子サイズの接点では量子化コンダクタンスのチャネルが形成されないことが考えられる.