低温でのプロトンビーム照射による水素機能性科学の開拓

利用低温质子束辐照开发氢功能科学

• 批准号: 15J02060
• 负责人: 中山 亮
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J02060/
• 关键词: 水素; ドーピング; 酸化亜鉛; 同位体効果; 量子性; イオンビーム; チタン酸ストロンチウム; 金属的伝導性; 薄膜; 電気伝導度; 拡散

本研究の目的は、最も身近な元素の一つである水素を物質に注入することで、物性や機能性を瞬時に変換し、新奇な物性を見出すことであり、非常に意欲的な課題である。これまでに研究代表者は酸化亜鉛薄膜への低温でのプロトンビーム照射を行い、その後の昇温過程における電気抵抗率のヒステリシス挙動を見出していた。このヒステリシス挙動の起源は低温照射された水素のトラップサイトからの移動によるものではないかと考え、当該年度において、酸化亜鉛薄膜に対する重水素イオンビーム照射を行い、ヒステリシス挙動に対する極めて巨大な同位体効果を観測することに成功した。この巨大な同位体効果はヒステリシス挙動の起源に関する仮説を強く裏付けるとともに、水素と重水素の量子性の違いが色濃く反映された結果であると言える。これらの結果は、低温でのプロトンビーム照射後にin-situ電気伝導度を測定するという本研究の特色を活かすことで得られた極めて新規性の高いデータである。この研究結果について、分子科学討論会、日本物理学会年次大会、日本化学会春年会において口頭発表を行っており、日本化学会学生講演賞を受賞した。また、開発した水素イオンビーム照射装置に関する論文を自ら第一著者として執筆し、纏め上げ、国際誌のReview of Scientific Instrumentsに採択された。これまで行ってきた酸化亜鉛薄膜やチタン酸ストロンチウム薄膜への照射実験に関する論文も現在執筆しており、一流誌への投稿を予定している。

这项研究的目的是通过将人们最熟悉的元素之一注入氢来立即改变物理性质和功能，并发现新的物理性质，这是一项极其艰巨的任务。此前，主要研究人员在低温下用质子束照射氧化锌薄膜，发现了随后加热过程中电阻率的滞后行为。我们认为这种滞后行为的起源可能是由于低温照射后氢从陷阱位置移动所致，在本财年，我们用氘离子束照射氧化锌薄膜，并研究了极大的磁滞现象。我成功地观察到了同位素对滞后行为的影响。这种巨大的同位素效应有力地支持了关于磁滞行为起源的假设，可以说是氢和氘之间量子特性存在巨大差异的结果。这些结果是利用本研究的独特特征获得的极其新颖的数据，即测量低温质子束照射后的原位电导率。他在分子科学研讨会、日本物理学会年会、日本化学会春季会议上对这项研究成果进行了口头报告，并获得了日本化学会学生演讲奖。此外，他以第一作者身份撰写了关于所研制的氢离子束辐照装置的论文，发表在国际期刊Review of Scientific Instruments上。他目前正在撰写一篇关于他在氧化锌薄膜和钛酸锶薄膜上进行的辐照实验的论文，并计划将其提交给一家著名期刊。

项目成果

水素イオンビーム照射された酸化亜鉛薄膜における巨大同位体効果

氢离子束辐照氧化锌薄膜中的巨同位素效应

• 发表时间: 2018
• 作者: 中山 亮;鈴木 直也;前里 光彦;有田 誠;中西 寛;北川 宏
• 通讯作者: 北川 宏

Physical property control of ZnO thin film using hydrogen ion beam irradiation at low temperature

氢离子束低温辐照控制ZnO薄膜物理性能

• 发表时间: 2016
• 作者: Ryo Nakayama; Mitsuhiko Maesato; Takashi Nagaoka; Makoto Arita; Wenliang Zhu; Giuseppe Pezzotti; Hiroshi Kitagawa
• 通讯作者: Hiroshi Kitagawa

Hydrogen ion beam irradiation effects on ZnO studied by in-situ resistivity measurements

通过原位电阻率测量研究氢离子束辐照对 ZnO 的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Ryo Nakayama; Mitsuhiko Maesato; Takashi Nagaoka; Makoto Arita; Wenliang Zhu; Giuseppe Pezzotti; Hiroshi Kitagawa
• 通讯作者: Hiroshi Kitagawa

Hydrogen ion beam irradiation effects on zinc oxide studied by in-situ electrical conductivity measurements

通过原位电导率测量研究氢离子束辐照对氧化锌的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: Ryo Nakayama; Mitsuhiko Maesato; Takashi Nagaoka; Makoto Arita; Hiroshi Kitagawa
• 通讯作者: Hiroshi Kitagawa

酸化亜鉛に対する低温での重水素分子イオン照射による同位体効果の観測

低温氘分子离子辐照氧化锌同位素效应观察

• 发表时间: 2017
• 作者: 中山 亮;鈴木 直也;前里 光彦;有田 誠;北川 宏
• 通讯作者: 北川 宏