人工金属格子薄膜の弾性と磁性に関する系統的研究

人造金属晶格薄膜弹性与磁性的系统研究

• 批准号: 07J01142
• 负责人: 多根井 寛志
• 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 JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J01142/
• 关键词: ナノ結晶ダイヤモンド薄膜; 金属ナノ薄膜; 第一原理計算; 共鳴超音波スペクトロスコピー; ブリルアン振動法; 音響フォノン共鳴法; 金属超格子薄膜; 異方性弾性定数; ピコ秒レーザー超音波法

窒素ガスを微量に添加して作製したナノ結晶ダイヤモンド(Nanocrystalline diamond:NCD)薄膜は,窒素流量の増加と共にポアソン比が大きく増加するような異常弾性を示すことを,我々が独自に開発した超音波計測法により明らかにした.本研究では,この異常弾性を裏付ける微視的構造を探るため,第一原理計算によって実験結果の考察を行った.第一原理計算では,積層欠陥を含むダイヤモンド構造モデルを考える.これにより,NCD薄膜が示すsp3結合とnon-sp3結合とが混在する構造を構築することができる.この積層欠陥モデルの弾性定数を計算し,さらに等方体近似を施すことによって,積層欠陥がランダムに存在する構造の弾性定数を決定することができる.第一原理計算から得られた弾性挙動は実験結果とよい一致を示した.このことから,NCD薄膜の弾性には薄膜中のnon-sp3結合が支配的な影響を与えることを明らかにした.また,金属ナノ薄膜のフォノン振動についても研究を行った.ナノ薄膜に極短パルスレーザーによるポンプープローブ法を適用すると,薄膜が振動する様子を観測することができる.従来,この振動は連続体力学における共振現象であると理解されてきた.しかしながら,ナノ薄膜の厚さが高々30個程度しかないことを考えると,もはや連続体力学による議論は意味をなさない3本研究では,原子層が厚い真空層に挟まれたスラブモデルを構築し,第一原理計算によってこのモデルのΓ点におけるフォノン振動数を計算した.その結果,実験結果と計算結果は非常によい一致を示した.このことから,ナノ薄膜の振動がΓ点におけるフォノン振動であることを初めて証明した.

Nitrogen ガスを trace amount に is added to <s:1> て to prepare <s:1> たナノ crystals ダ ヤモ ヤモ ド ド(Nanocrystalline) Diamond: は NCD) film, smothering element flow の raised と requirement by total に ポ ア ソ ン than が き く raised plus す る よ う な anomalies 弾 を shown す こ と を, I 々 が に alone open 発 し た ultrasound measuring method に よ り Ming ら か に し た. This study で は, こ の anomalies 弾 を in pay け る slightly depending on the structure of the を agent る た め, first principles calculation に よ っ て be 験 results の line inspection を っ た. First principles calculation で は, horizon owe 陥 を containing む ダ イ ヤ モ ン ド tectonic モ デ ル を exam え る. こ れ に よ り, NCD film が shown す sp3 combining と non - sp3 combining と が mixed す を る structure constructing す る こ と が で き る. こ の horizon owe 陥 モ デ ル の 弾 sexual destiny を し calculation, さ ら に side body such as the approximate を shi す こ と に よ っ て, horizon There is a する construction in the 陥がラ ダムに ダムに that determines the を とがで とがで とがで る る る. First principles calculation か ら have ら れ た 弾 sex 挙 dynamic は be 験 results と よ い consistent を shown し た. こ の こ と か ら, NCD film の 弾 sex に は の in non - sp3 が dominate な influence を with え る こ と を Ming ら か に し た. ま た, metal ナ ノ film の フ ォ ノ ン vibration に つ い て も を line っ た. ナ ノ film に very short パ ル ス レ ー ザ ー に よ る ポ ン プ ー プ ロ ー ブ を applicable す る と, thin film vibration す が る others child を 観 measuring す る こ と が で き る. 従, こ の vibration は even 続 strength に お け る resonance phenomenon で あ る と understand さ れ て き た. し か し な が ら, ナ ノ thick film の さ が high 々 30 degree し か な い こ と を exam え る と, も は や even 続 strength に よ る comment は mean を な さ な い 3 this study で は, atomic layer thick が い vacuum に carry ま れ た ス ラ ブ モ デ ル を し, First principles calculation に よ っ て こ の モ デ ル の Γ point に お け る フ ォ ノ ン vibration number calculates を し た. そ の results, be 験 と calculation results は very に よ い consistent を shown し た. こ の こ と か ら, ナ ノ film の vibration が Γ point に お け る フ ォ ノ ン vibration で あ る こ と を early め て prove し た.

项目成果

Stacking-fault structure explains unusual elasticity of nanocrystalline diamonds

• DOI: 10.1063/1.3077124
• 发表时间: 2009-01
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Hiroshi Tanei;K. Tanigaki;K. Kusakabe;H. Ogi;N. Nakamura;M. Hirao

Elastic constants of Co/Pt superlattice studied by acoustic measurements and ab initio calculations

通过声学测量和从头计算研究 Co/Pt 超晶格的弹性常数

• 期刊: Japan Journal of Applied Physics (In press)
• 作者: Hiroshi Tanei;Hiroshi Tanei;Hiroshi Tanei
• 通讯作者: Hiroshi Tanei

Elastic constants and microstructure of nano-crystalline CVD diamond thin films

纳米晶CVD金刚石薄膜的弹性常数和微观结构

• 发表时间: 2007
• 作者: N. Tanei;H. Ogi;N. Nakamura;M. Hirao
• 通讯作者: M. Hirao

Unusual elastic behavior of nanocrystalline diamond thin films

纳米晶金刚石薄膜的异常弹性行为

• 发表时间: 2008
• 期刊: Physical Review Letters 100
• 作者: H. Tanei;N. Nakamura;H. Ogi;M. Hirao;R. Ikeda
• 通讯作者: R. Ikeda

Elastic Constants and sp2-Bonded Region of Nanocrystalline Diamond Thin Films

纳米晶金刚石薄膜的弹性常数和 sp2 键合区域

• 发表时间: 2008
• 作者: H. Tanei;N. Nakamura;H. Ogi;M. Hirao
• 通讯作者: M. Hirao