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

激光束工艺纳米结构高性能氮化物薄膜的量子制造设计

基本信息

批准号：
13750672
负责人：
高原渉
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Osaka University
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

项目摘要

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。

根据高功率脉冲激光束工艺，可以在短时间内在金属表面上产生大量纳米结构的氮化物，而无需真空。查看辐照Ti，V，Zr和Nb的照射强度与氮化物之间的关系，与Ti和Zr的氮化物形成相似，而NB和V的形成相似。由于形成趋势对应于元素周期表，即使在高功率脉冲激光照射的极端环境中，氮化物的形成基本上也是一种与材料的电子状态密切相关的现象。因此，使用Xα分子轨道方法对金属和金属氮簇模型的电子状态计算进行了研究，并从分子轨道理论的角度检查了激光加工现象。使用具有较短的原子间距离或电离模型的模型进行计算，并检查了检查激光照射时出现的高密度等离子体状态的化学环境。由于原子间距离和电离的变化，化学键合特性发生了巨大变化。在高密度等离子体状态下，即使对于过渡元件，原子种之间的化学键合特性的差异也很明显，并且每个元素的个性变得强大。元素周期表家族的相似性是从波函数分析获得的。即使在高功率脉冲激光器的极端材料创建过程中，这也反映在参数的变化特征，电荷，电子波函数混合和重叠的量直接影响氮化物的形成能力。在考虑化学反应和材料特性时，波函数ψ本身更为重要，而不是电子密度|ψ|^2，这是可以在实验上观察到的物理量。波函数ψ本身与信息的概念紧密相关，化学键本身是物质内信息和通信基础设施。使用信息概念来了解化学反应和材料特性很重要。