分解溶融型層状酸化物の結晶成長における異方性制御と大型化

分解层状氧化物晶体生长的各向异性控制和放大

• 批准号: 13750009
• 负责人: 綿打 敏司
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: University of Yamanashi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750009/
• 关键词: 結晶成長; 成長速度の異方性制御; 浮遊帯域溶融法; 酸化物; 浮遊帯域溶解法; 層状酸化物結晶; 育成結晶の形状制御; 分解溶融; 四楕円型赤外線集光加熱炉

高温超伝導や巨大磁気抵抗、巨大熱起電力といった特異な性質が、数年来、強相関電子系酸化物で発見されている。こうした物質の多くは、構造的には2次元的な層状構造であり、分解溶融型化合物に属している。単結晶育成の観点では、これらの物質は結晶構造の異方性に起因して結晶成長速度の異方性が極めて大きいため、晶癖が強く現れ、育成される結晶の形状が平板状になりやすい。こうした性質は育成時の溶融帯を不安定にし、育成結晶の大型化、高品質化を困難にしている。代表者は、結晶成長速度の異方性制御を目指し、四楕円型赤外線集光加熱炉を用いて非等方加熱型浮遊帯域法を開発し、異方的温度分布における結晶成長が調和溶融物質(CuGeO_3)の育成形状制御に有効であることを示した。しかし、分解溶融物質(Bi_2Sr_2CaCu_2O_yやSr_<14>Cu_<24>O_<41>)にこの方法を適用すると育成結晶中に異相が見られた。これは異方的な温度分布などにより物質移動が通常の浮遊帯域方と比べて大きく変化したためである。そこで本研究では育成時の溶融帯の精密な観察と組成分析を行うことで分解溶融物質の非等方加熱型浮遊帯域法による単結晶育成条件の確立を目指した。当初研究対象とした分解溶融型化合物のうちSr_<14>Cu_<24>O_<41>では、溶融帯観察用のカメラを増設することでその形状制御に成功した。しかし、もう一つの対象物質であるBi_2Sr_2CaCu_2O_8ついては、極めて扁平な形状の種結晶しか得られないために異相の析出を抑制することは困難であった。異相の析出を抑制するために、種結晶の方位を変化させる方法、類似の結晶構造を有する種結晶を用いる方法、通常とは異なる配置(種結晶を上、原料棒を下にした配置)での育成などを試みたが、異相の析出を抑制した安定な結晶成長を行うことは困難であった。そこで、十分な形状の種結晶を得る方法として溶媒移動帯域溶融法を考案し、その方法による育成と育成結晶の評価を行った。こうしたことから代表者が開発した非等方加熱型浮遊帯域溶融法を用いた育成結晶の形状制御には、適用範囲があることが明らかになった。

High temperature superconductivity, large magnetic resistance, large thermal excitation force and special properties have been observed for several years, and strong correlation electron system acidification has been observed. The multi-dimensional layered structure of matter and structure belongs to the decomposition and melting compound. The crystal growth point, the crystal structure, the crystal growth rate, the crystal growth rate, the Due to the instability of the melting zone during cultivation, it is difficult to increase the size and quality of the cultivated crystals. The representative shows that the anisotropic control of crystal growth rate and the anisotropic temperature distribution of crystal growth and the growth shape control of molten material (CuGeO_3) are developed by using the anisotropic heating floating zone method in the four-ring infrared light collection heating furnace. This method is applicable to the decomposition of molten substances (Bi_2Sr_2CaCu_2O_y and Sr_<14>Cu_<24>O_<41>). The temperature distribution in different directions is different from that in normal floating regions. This study is aimed at establishing the conditions for crystallization by means of accurate observation and composition analysis of the dissolution zone during incubation, and by means of the anisotropic heating floating zone method for decomposition of dissolved substances. In this paper, we have studied the shape control of Sr_<14>Cu_<24>O_<41>(2 +) and Sr_Cu_(2 +) compounds Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 is a kind of crystal with flat shape. The method of controlling the orientation of heterogeneous crystals, the method of using similar crystals, and the method of arranging heterogeneous crystals (seed crystals are arranged above and raw materials are arranged below). The method of obtaining seed crystals of different shapes and sizes is studied by solvent mobile zone melting method. The method of non-cubic heating floating zone melting is used to control the shape of crystals.

项目成果

S.Watauchi, M.Wakihara, I.Tanaka: "Control of the Anisotropic Growth Rates of Oxide Single Crystals in the FZ Growth"Journal of Crystal Growth. 229. 423-427 (2001)

S.Watauchi、M.Wakihara、I.Tanaka：“FZ 生长中氧化物单晶各向异性生长速率的控制”晶体生长杂志。

T.Iwamoto, S.Watauchi, I.Tanaka: "Crystal Growth of Bi_2Sr_2CaCu_2O_x Superconductor by Zone Melting Technique"Materials Research Society Symposium Proceedings. Vol.659. I19.5.1-I19.5.6 (2001)

T.Iwamoto、S.Watauchi、I.Tanaka：“通过区域熔化技术实现 Bi_2Sr_2CaCu_2O_x 超导体的晶体生长”材料研究会研讨会论文集。