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弾性定数を基点としたナノメカニクスの新展開～超音波計測と第一原理計算の融合～

基于弹性常数的纳米力学新进展——超声波测量与第一性原理计算的融合——

基本信息

批准号：
11J02061
负责人：
谷垣健一
金额：
$ 0.51万
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：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02061/
关键词：
弾性定数 Pd 第一原理計算ピコ秒超音波

项目摘要

固体の弾性定数は,室温から冷却することにより一般的に増加する傾向を示す.しかし,Pdの弾性定数は低温域で異常な温度依存性を示すことが報告されているが,その根本的な原因については殆どわかっていない.そこで報告者は密度汎関数理論に基づく第一原理電子論計算を行い,Pdの低温における異常弾性の根本的原因の究明を行った.報告者は本研究において,Pdの弾性定数における異常な温度依存性に及ぼす電子状態の影響に着目し,フォノン温度と電子温度という二つの独立したパラメータを導入した.フォノン温度は熱ひずみとして,緩和後の原子間距離の変化として導入する.電子温度はk点足し上げの際のブロードニングとして導入される.フォノン温度と電子温度を独立に導入し,Pdの弾性定数に及ぼすフォノンの影響が一般の材料と同様であること,および電子温度の影響によりせん断弾性定数C_<44>が顕著に減少することがPdの異常弾性の原因であることを明らかにした.次に,この理論計算結果を実験によって裏づけする,現実の材料中においてはフォノンと電子は熱平衡状態にあり,お互いの温度に瞬時に追随するため,片方の温度のみを固定して実験を行うことは困難である.しかし,巨視的にはフォノン温度とは熱膨張そのものであるため,原子間距離の変化(=弾性ひずみ)を与えることにより,現実の温度からフォノン温度のみを変化させた状態を再現することができる.一般的に,固体材料では塑性緩和のため大きなひずみを与えることはできないと考えられているが,厚さ数十nmという薄膜においては,転位の運動が阻害され10^<-2>オーダーの巨大な弾性ひずみが発生することが知られている.そこでSi基板上に製膜されたPdナノ薄膜の膜厚方向弾性定数の温度依存性をピコ秒超音波計測装置で精密に調査した.薄膜は基板との線膨張係数の違いにより,冷却にともなって膜厚方向に強く圧縮される.実験の結果,理論予測の通りPdナノ薄膜の膜厚方向弾性定数は通常の材料と似た挙動を示すことを確認した.

Solids have a tendency to increase from room temperature to cooling. Pd is determined to be abnormal in the low temperature range, showing temperature dependence. The root cause of Pd is reported. The fundamental reason for Pd's abnormal behavior at low temperature is investigated. In this study, the authors focused on the anomalous temperature dependence of Pd and the influence of electron state on Pd stability. The temperature of the atom is reduced, and the interatomic distance is reduced. The electron temperature changes from zero to zero. The temperature and electron temperature of Pd are introduced independently, and the <44>influence of Pd on the temperature and electron temperature of Pd is discussed. The results of theoretical calculation show that it is difficult for the material to follow the temperature of the plate in the thermal equilibrium state. The temperature and thermal expansion of the macroscopical system change the distance between atoms and the temperature of the present system. In general, solid materials are plastic and relaxed, and the movement of the reverse position is hindered by the thin film with a thickness of tens of nm<-2>. The temperature dependence of film thickness direction of Pd thin films deposited on Si substrates was investigated precisely by ultrasonic measuring devices. The film thickness direction is strongly compressed by cooling. The theoretical prediction of the film thickness direction of Pd thin films is confirmed by the experimental results.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Mechanism for Significant Increase in Poisson's Ratio of Nanocrystalline Diamond Thin Films Studied by Ab Initio Calculations and Micromechanics Calculation

从头算和微观力学计算研究纳米晶金刚石薄膜泊松比显着增加的机理

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
杉達紀;加藤健太郎;Kenichi Tanigaki
通讯作者：
Kenichi Tanigaki

Significant Increase in Poisson's Ratio of Nanocrystalline Diamond Thin Films Studied by Ultrasound Measurements and ab-initio Calculations

通过超声波测量和从头计算研究纳米晶金刚石薄膜泊松比的显着增加

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sugi T;et.al.;河村由文;Kenichi Tanigaki
通讯作者：
Kenichi Tanigaki

Elastic Anomaly of Pd Thin Films at Low Temperatures Studied by Picosecond Ultrasounds

皮秒超声研究钯薄膜低温弹性异常

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sugi;T.;Kobayashi;K.;Kurokawa;H.;Takemae;H.;Gong;H.;Ishiwa;A.;Murakoshi;F.;Recuenco;FC.;Iwanaga;T.;Horimoto T.;Akashi;H.;Kato;K.;Kenichi Tanigaki
通讯作者：
Kenichi Tanigaki

Pdナノ薄膜の低温における弾性定数:ピコ秒超音波計測と第一原理計算

钯纳米薄膜低温弹性常数：皮秒超声测量和第一性原理计算