磁気力による気相制御と高品質結晶作製プロセスの開発

开发利用磁力的气相控制和高质量晶体生产工艺

基本信息

批准号：
22K04944
负责人：
高橋弘紀
金额：
$ 2.25万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

磁場や磁気力を利用した高品質，高機能材料の作製を目的として，本年度は材料作製に用いる新たな装置の開発を進めている．開発中の装置は，強磁場中で物理気相輸送法による結晶作製とその場観察を可能とするもので，加熱源に透明ガラスヒーターを用いることで試料の加熱と観察を可能にしている．装置は汎用型の分割型ガラスヒーターを購入し，マイクロCCDカメラ等と組み合わせ，無冷媒超伝導マグネットの室温ボア52mmに挿入できるようにする．分割型ガラスヒーターは加熱部が3分割され，それぞれ独立に温調ができるため，試料成長空間に温度勾配を付けることが可能となる．装置の設計にあたり，既存の装置で磁場，磁気力場や温度をパラメータとして，尿素を試料とした予備実験を繰り返した．結晶をコイルの中心位置で析出させた場合，即ち，磁場のみが作用し磁気力が働かない位置の場合，析出した結晶には磁場の強さによる違いは見られなかった．一方，磁気力が働く位置に設置した場合には，結晶の析出する領域が磁気力の働く向きに従って上方あるいは下方に移動した．特に下向きに磁気力が働く場合には，磁気力が強くなるほど結晶が密集し，結晶同士が融合していた．これらの結果から，磁場中物理気相輸送法によって析出する尿素結晶は，析出位置や形態，密集度に磁気力が影響していることが定性的には言えることが分かった．ただし，結晶の形態の違いには析出位置の違いによる装置内の温度分布の影響も考えられるため，今後は新しい装置で温度分布を積極的に制御した実験による検証が必要である．

今年，我们正在开发用于材料生产的新设备，目标是利用磁场和磁力生产高质量、高性能的材料。正在开发的装置能够在强磁场下利用物理气相传输方法进行晶体制备和原位观察，并采用透明玻璃加热器作为加热源，使得对样品的加热和观察成为可能。对于设备，我们购买了通用分体式玻璃加热器，将其与微型CCD相机等组合，并使其可以插入无冷却剂超导磁体的52毫米室温孔中。分体玻璃加热器的加热部分分为三个部分，每个部分都可以独立控制，从而可以在样品生长空间中产生温度梯度。在设计该装置时，我们使用现有装置，以尿素为样品，以磁场、磁力场和温度作为参数，重复进行初步实验。当晶体在线圈中心析出时，即只有磁场作用而没有磁力作用的地方，根据磁场的强度，在析出的晶体中没有观察到差异。另一方面，当将其放置在施加磁力的位置时，晶体沉淀的区域根据磁力的方向向上或向下移动。特别是当磁力向下施加时，磁力越强，晶体越紧密地堆积并熔合在一起。由这些结果可知，可以定性地讲，磁力对通过磁场中的物理气相输送法析出的尿素晶体的析出位置、形态、密度产生影响。然而，由于析出位置的差异，晶体形态的差异可能会受到器件内温度分布的影响，因此未来需要通过使用新器件主动控制温度分布的实验进行验证。