サブＴＨｚ超音波を用いた物質の弾性と機能との強相関の究明

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今年度は本研究の最終年度として今までの研究成果の論文執筆・学会発表に努めた。その中でダイヤモンドに次ぐ高硬度材料として知られる窒化ホウ素の硬度が測定法によっては弾性率の影響を受けて過大評価されてしまうことを示した。これは超硬材料の硬度測定法に関して重要な指針である。なぜなら近年、窒化ホウ素の硬度がダイヤモンドの硬度を上回るという報告や、従来のダイヤモンドの2倍以上の硬度を誇るダイヤモンドの合成に成功したという報告がなされており、硬度の計測法自体に疑問がもたれているからである。またフッ素を添加した石英ガラス薄膜の音速の温度依存性がバルクよりも小さく、また石英ガラスの熱伝導率の低さによってレーザー加熱の影響が無視できないということを示した。石英ガラス薄膜は携帯電話など無線通信デバイスで特製周波数の電波を受信するための音響フィルタ中で温度補償材として使用されている。しかしその薄膜の特性を直接計測することは従来法では困難であり、音速の絶対値やその温度係数などは未知のままであった。本研究は初めてそれを直接計測することに成功し、デバイス開発やガラス薄膜の音響特性の解明に大きく貢献した。音響フィルタ中では電波信号を音響信号に変換する素子として窒化アルミニウム(AlN)などの圧電体が使用されており、マグネシウムとハフニウムまたはジルコニウムを添加したAlN薄膜の音速計測も行った。これは信号変換効率を上昇させるために新たに作成された材料であり、デバイスとして実用化するためには音響特性の解明が欠かせない。計測の結果、異種元素を約10％添加することで音速が10％以上低下することを解明した。以上の結果はすべて今年度に学会で発表または論文として執筆を行った。