DVDおよび高機能電池材料の局所構造解析

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DVD,Blu-ray材料に代表される高速相変化材料は、極短時間のレーザー照射によりアモルファス相(記録相)と結晶相(未記録相)を行き来することにより、そのレーザーに対する反射率の差をデジタルデータ化することにより、大容量記録と記録データの長期安定性を実現している。本材料において、アモルファス相と結晶相が高速相変化するメカニズムを両相の原子配列を観察することにより解明を試みた。本研究では、とくに結晶相の構造の理解を深めるために、結晶用の逆モンテカルロシミュレーションコードRMCPOWの高度化を試みてきた。具体的にはXAFS(X線吸収端微細構造)データにフィッティングするルーチンの導入を行い、その結果、実用DVD材料のGe_2Sb_2Te_5結晶に存在する乱れた構造を3次元で可視化することに成功した。一方、DVD材料開発においては両相の高速相変化、とくにアモルファス相が結晶化するデータ消去の過程の理解が重要である。そこで、別途解析したアモルファス相の構造解析結果と比較し、アモルファス相と結晶相の構造の類似性および構成元素の役割を調べた。その結果、本材料においては、Ge-Te結合の作るネットワークがアモルファス相の安定性を担っており、またそのネットワーク構造そのものが結晶相にも残っていることを突き止めた。一方、Sb-Te結合はネットワークを形成してないものの、完全に秩序を失っている訳でなく、潜在的なネットワーク、つまり、Sb-Teの結合距離を少し超えたところでネットワークを形成していた。以上の特徴が、アモルファス相が乱れた構造を持つ結晶相への高速相変化とアモルファス相の安定性という一見矛盾した特徴を実現する理由であることが明らかとなった。本成果の一部は、2012年の8月にカナダのケベックシティで開かれた材料の国際会議THERMEC 2011で招待講演として発表を行った。また、材料の分野のトップジャーナルであるドイツのAdvanced Functional Materials誌に掲載され、さらに、日経産業新聞(3.21)、日刊工業新聞(3.23)、科学新聞(4.6)にも掲載された。