アモルファス材料表面における構造的不均一性に関する研究

非晶材料表面结构异质性研究

基本信息

批准号：
21K04872
负责人：
中山幸仁
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka University (2022)Tohoku University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

電子線や中性子線を用いた従来の回折法では局所的な構造解析が困難であるガラスやアモルファス材料に対して、その構造的な不均一性を原子スケールで解明することに取り組んでいる。超高真空走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、実空間においてアモルファスシリコン表面原子配列を原子スケールで観測することを試みた。その結果、アモルファス表面の原子座標データを近似なしに取得することができた。これらの実験により、アモルファス状態の原子座標データが求めることができ、表面原子間距離や実空間における動径分布関数（ＰＤＦ）を導出することかできた。本研究は以下の3項目の達成を目指して研究を推進している。（１）アモルファス表面原子構造を形成する急冷Si(111)表面に対してSTM観測を実施して原子座標データを取得する。また、クラスター解析法は、非階層的手法であるk平均法を検討すると共に、階層的手法である凝集型階層クラスタリングを適応させて解析を進める。（２）実験から得られた実空間データから原子間距離を算出し、定量分析の指標となるPDF解析法を活用するためのプロトコルを確立する。（３）アモルファス中の原子クラスター形成を念頭におき、構造的不均一性発現の条件をPDFやクラスター解析法により見出せるか検証を行う。従って、（１）と（２）における実験に関する項目はほぼ目安がついたといえ、最終年度の今年度は、実験で得られた実空間データからクラスター解析法を駆使して、その解析法の有用性を検証する予定である。

我们正在努力在原子尺度上阐明玻璃和非晶材料的结构异质性，使用电子束或中子束的传统衍射方法很难分析局部结构。我们尝试使用超高真空扫描隧道显微镜（STM）观察真实空间中非晶硅表面的原子级原子排列。结果，我们无需近似即可获得非晶表面上的原子坐标数据。通过这些实验，可以获得非晶态的原子坐标数据，还可以推导出表面原子之间的距离以及真实空间中的径向分布函数（PDF）。本研究正在进行中，旨在实现以下三项目标。 (1)通过对快速冷却的Si(111)表面进行STM观察获得原子坐标数据，该Si(111)表面形成非晶表面原子结构。对于聚类分析，我们将考虑k-means方法（一种非层次方法），并通过采用凝聚层次聚类（一种层次方法）来进行分析。 (2)建立从实验获得的真实空间数据计算原子间距离的协议，并利用PDF分析方法作为定量分析的指标。 (3)考虑到非晶态原子团簇的形成，我们将验证是否可以使用PDF和聚类分析方法找到结构异质性的表达条件。因此，可以说，（1）和（2）中与实验相关的项目已经基本确定，今年，即最后一年，我们将利用实验中获得的真实空间数据，充分利用聚类分析方法，我们计划验证性别。