Elucidation of twin nucleation mechanisms with in-situ high-resolution transmission electron microscopy mechanical testing

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形状が復元されない変形である塑性変形が進行することは，材料機能の劣化・喪失に直結するため，塑性変形の発現機構を解明することは非常に重要である．主な塑性変形機構として双晶変形や不動転位の形成が知られているが，変形初期に発生する核生成機構については，未だ明らかになっていない．本研究では，MEMSデバイスを搭載した試料ホルダーと原子分解能透過型電子顕微鏡(TEM)を組み合わせた原子レベルその場機械試験を行い，塑性変形初期の素過程を直接観察・解明することを目指している．今年度の主な成果は以下の通りである．(1)双晶表面核生成機構の原子分解能その場観察金単結晶を対象として高分解能TEMその場機械試験したところ，試料端より双晶が核生成し，双晶厚さが一原子層ずつ成長する様子が観察された．試料端のステップ形状と双晶の幾何学的関係を解析したところ，双晶表面核生成には転位の上昇運動とすべり運動が関わっていることが示唆された．双晶核生成に転位の上昇運動が関わるといった議論はこれまでされておらず，本結果は双晶変形の核生成過程の理解に大きなインパクトを持つと考えられる．また，表面から導入される不動転位の存在が，転位の上昇運動に関わっている可能性を示唆する結果も得られた．今後は転位の上昇運動の活動に必要な条件を詳細に解析する予定である．(2)不動転位表面核生成機構の原子分解能その場観察金単結晶を対象として走査TEMその場機械試験したところ，試料端より不動転位が核生成し，試料内部に導入される様子が観察された．原子像から試料に負荷されているひずみを解析したところ，特定のひずみ値前後で不動転位のコア構造が変化していることが分かった．精密に負荷荷重を制御して不動転位を導入したという報告はこれまでされておらず，本結果は不動転位の力学応答の理解に大きなインパクトを持つと考えられる．