レーザービームプロセスにおけるナノ組織高機能窒化物薄膜の量子加工設計

点击翻译按钮获取中文摘要

大出力のパルスレーザービームプロセスによれば、真空を必要とせず短時間で大量のナノ組織窒化物を金属表面に生成させることができる.照射強度と形成される窒化物との関係を金属種ごとにみると、Ti、V、Zr、Nbへの照射では周期表で同じ族にあるTiとZr、そしてNbとVで窒化物形成に類似性が認められる.形成の傾向に周期表との対応がみられることから、大出力パルスレーザー照射という極限的環境でありても、窒化物形成は、基本的には物質の電子状態と強く結びついた現象であると考えられる.そこで、DV-Xα分子軌道法による金属、金属-窒素クラスターモデルの電子状態計算を行い、レーザー加工現象を分子軌道論の立場から検討した.原子間距離を短くしたモデルやイオン化させたモデルで計算を行い、レーザー照射により出現する高密度プラズマ状態の化学的環境を考察した.化学結合性は、原子間距離の変化やイオン化によって大きく変化する.高密度プラズマ状態では、遷移元素であっても原子種間の化学結合性の差異が顕著となり各元素の個性が強く現れるようになる.周期表の族の類似性は、波動関数解析から得られるNet Chargeというパラメータの変化特性に現れる.大出力パルスレーザーという極限的材料創製プロセスであっても、電子波動関数の混ざりや重なりという量そのものが、窒化物形成能に直接的に係わっている。化学反応や材料物性を考える場合には、実験的に観測できる物理量である電子密度|Ψ|^2ではなく、やはり波動関数Ψそのものがより重要である。波動関数Ψそのものは、情報という概念と密接に結びつき、化学結合そのものが物質内情報通信インフラである。化学反応や材料物性は、情報という概念で捉えることが重要である。