トポロジー制御したガラスの革新的薄膜合成方法の確立

建立拓扑控制合成玻璃薄膜的创新方法

• 批准号: 21K19016
• 负责人: 小野 円佳
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19016/
• 关键词: トポロジー; ガラス; 薄膜; 結晶基板; 熱伝導率; 薄膜アモルファス; トポロジー制御; 結晶基板表面; 結晶界面

本研究は、結晶基板とのトポケミカルな相互作用を利用して、ランダムな原子構造をとるガラスの構造を制御しようというものである。当該年度は、Si基板,Ge基板,LSAT基板,LiNbO3基板,LaAlO3基板を用いて、これらにSiO2をALD（原子堆積法）やプラズマアシストALD、CVD、熱酸化といった異なる種々の方法を用いて薄膜堆積した。そしてこれらの薄膜の　①熱伝導率　②FSDPと呼ばれるガラスに特徴的な中長距離オーダーを示すXRDピーク、③ラマン分光、FTIR分光など、そのほかの方法で構造を観測できないかをそれぞれ調査した。結果として、①や②の測定結果は同じSiO2であっても、基板や成膜手法によって大きく変化することがわかった。また、これらの変化は基板の共有結合性に大きく依存することも見えてきた。基板の影響が大きいものの場合は、膜厚依存性も大きく現れることも突き止めた。しかしながら、③のラマン分光やFTIR分光による観測ではアモルファス薄膜による信号が結晶に対して小さすぎるか、角度などにより観測結果が大きく変化し、評価が難しいとわかった。②に関しては、放射光施設の強いX線解析が必須であったことから、SPring-8に測定を申請し、6シフトのビームタイムが受理されて測定を行った。このようなアモルファス薄膜の低角度XRDパターンの測定自体に前例がほとんどなく、チャレンジングであり、条件の最適化も必要で困難な部分が多々あったが、測定が成功し、物性と、XRDパターンの相関が明確にみられることがわかってきた。さらに、本研究費を用いて計算を主に行う米国の留学生を受け入れ、薄膜合成やその評価を行いながら、2次元ガラスの構造や特性のコンピュータシミュレーションによるモデル化を開始した。

In this study, the interaction between crystal substrate and crystal substrate was studied. In this year, Si substrate,Ge substrate,LSAT substrate, LiNbO3 substrate, LaAlO3 substrate are used in the process of deposition, such as SiO2, ALD (atomic deposition method), ALD, CVD, thermal acidification, etc. The thermal conductivity, FSDP and characteristics of the thin films were investigated by XRD, FTIR and FTIR spectroscopy. The results are the same as those of SiO2 and substrate film formation. The common association between the two substrates depends on whether the substrate has been modified or not. The influence of the substrate on the film thickness depends on the film thickness. The measurement results of the infrared spectroscopy and FTIR spectroscopy are different from those of the crystal and angle measurements. 2. The intensity of X-ray analysis of relevant and radioactive light facilities must be determined by SPring-8. The application and acceptance of SPring-8 shall be carried out. Low angle XRD of thin films was used to determine the previous examples, optimize the conditions, optimize the necessary parts, determine the success, physical properties, XRD of thin films, and determine the correlation. In addition, this research is mainly based on the calculation of the influence of foreign students on film synthesis and evaluation.

项目成果

無機ガラスにおける超秩序状態制御と応用

超序态控制及其在无机玻璃中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Mao Wenwen;Rubio Angel;Sato Shunsuke A.;小野円佳
• 通讯作者: 小野円佳

Exploration of the controllability of the atomic structure of thin film SiO2 using crystal surfaces

利用晶体表面对薄膜SiO2原子结构可控性的探索

• 发表时间: 2022
• 作者: Katelyn A. Kirchner;Melbert Jeem;Sohei Ogasawara;Hiromichi Ohta;Akihiro Suzuki;Tsukasa Katayama;Shinji Kohara;Tomoyuki Koganezawa;Rosantha Kumara;Masaya Fujioka;Junji Nishi;Yasutaka Matsuo;Madoka Ono
• 通讯作者: Madoka Ono

Void Engineering in Silica Glass for Ultralow Optical Scattering Loss

二氧化硅玻璃中的空隙工程可实现超低光学散射损耗

• DOI: 10.1109/jlt.2021.3089171
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Lightwave Technology
• 影响因子: 4.7
• 作者: 上殿明良，田中亮，高島信也，上野勝典，江戸雅晴，嶋紘平，小島一信，秩父重英，石橋章司;荒木努，後藤直樹，出浦桃子， 黒田悠弥，和田邑一，藤井高 志，毛利真一郎，白石裕児，福 田承生;Ono Madoka
• 通讯作者: Ono Madoka

Physics-based Modeling of Spatial and Temporal Fluctuations in Disordered Materials and its Applications

无序材料时空波动的物理建模及其应用

• 发表时间: 2022
• 作者: )Katelyn Alyssa Kirchner;Madoka Ono;John C. Mauro
• 通讯作者: John C. Mauro

Structure and Properties of the Silica glass Pressure-quenched at Liquid phase

液相压力淬火石英玻璃的结构与性能

• 发表时间: 2021
• 作者: Madoka Ono;Y. Tanabe;Y. Yong;J. C. Mauro;M. Jeem;M. Fujioka;J. Nishii
• 通讯作者: J. Nishii