柔らかくなったり硬くなったりする原子スケール物質

 原子スケールで起きる物理的・化学的現象を明らかにする上で、原子スケール物質の力学的特性を理解する必要があります。これまで、理論計算により力学的特性がバルク材料(多くの場合は多結晶)とは異なることが予想されているものの、計算を行う際に用いているポテンシャルに依存してヤング率(材料の変形強度を示す物性量)が高くなったり低くなったりする結果が得られているように、解明されていません。本研究室では、ナノスケールの力計測法を開発することで、原子スケール物質の力学的特性を明らかにしようとしています。

 電子デバイスのさらなる小型化を目指し、原子スイッチなど原子そのものを制御するようなナノデバイスが研究されています。これに伴い、金属ナノ接点などの電気伝導特性や力学特性に大きな関心が集まっています。しかしながら、金属ナノ接点の力学特性は、接点構造と密生に関係していることが指摘されているものの、そのような分析装置がないため、解明されていませんでした。

 そこで,金属ナノ接点の力学特性を調べるため,私達の研究室では力計測センサー(原子間力顕微鏡(AFM)で用いられている手法の一つ)を組み込んだTEM-AFMホルダーを作製しました。これを用いて、TEM内で金属ナノ接点を作製し、その構造を観察しながら力学特性を測定することが可能になりました。

 実験例をみると,aからdに変化していくにつれて金接点が細くなり、同時にばね定数も小さくなっていることが分かります。このようにTEM-AFMホルダーを用いることでナノ接点の構造変化に応じた力学特性を収得することができます。

 


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