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単元素準結晶の3次元構造の作製に成功

準結晶の安定性の解明や準周期性を反映した新物性の発見に期待

学校法人中央大学
独立行政法人 物質・材料研究機構
国立大学法人東北大学

中央大学、NIMS、東北大学の研究グループは、英国リバプール大学の講師らと共同で、単一元素からなる準結晶の3次元構造を作製する事に世界で初めて成功しました。

概要

中央大学理工学部物理学科 助教 野澤 和生、教授 石井 靖、 (独) 物質・材料研究機構 主席研究員 下田 正彦、東北大学多元物質科学研究所 教授 蔡 安邦らは、英国リバプール大学のH. R. Sharma講師らと共同で、単一元素からなる準結晶の3次元構造を作製する事に世界で初めて成功しました。

準結晶とは、1984年にD. Shechtman博士 (2011年ノーベル化学賞受賞) らによって発見された物質で、現在では100種類以上の合金系や高分子、ナノ粒子系などで見出されていますが、単一の元素からなる準結晶は見つかっていません。準結晶は、通常の周期結晶には見られない5角形や10角形の原子配列からなり、黄金比とも密接に関係する「準周期」と呼ばれる美しい結晶構造 (参考図参照) が特徴ですが、その結晶構造と化学組成の複雑性のため、準周期構造が安定化するメカニズムや、その特殊な結晶構造を反映した新しい性質など、未だ多くの部分が謎に包まれたままです。こうした理由から、化学的に単純な「1つの元素からなる」準結晶の探索が長らく続けられてきました。今回、共同研究グループは、既存の銀(Ag)-インジウム(In)-イッテルビウム(Yb)合金の準結晶基板上に鉛原子を蒸着させる事によって、基板準結晶の構造を模した「準周期構造の鉛」を結晶成長させることに成功しました。 これまで同様の手法で1原子層 (2次元) の単元素準周期膜を実現した報告はありましたが、複数の原子層 (3次元) からなる単元素準周期構造の作製に成功した例はありませんでした。今回の結果は単元素準結晶の実現に向けた大きな一歩であるとともに、今後、周期結晶にはない準周期構造特有の物性の発見や、準周期構造の発現メカニズムの解明など、様々な方面の進展に繋がる期待がもたれます。


「プレス資料中の図2 : 鉛の吸着構造のイメージ。基板準結晶中のTsaiクラスタのうち表面近傍のものは表面で切断されている。鉛は通常面心立方構造をとるが、準結晶基板上では表面近傍で切断されたTsaiクラスタを復元するように吸着していた。これは、鉛が基板の準結晶と同じ構造で結晶成長していることを示している。」の画像

プレス資料中の図2 : 鉛の吸着構造のイメージ。基板準結晶中のTsaiクラスタのうち表面近傍のものは表面で切断されている。鉛は通常面心立方構造をとるが、準結晶基板上では表面近傍で切断されたTsaiクラスタを復元するように吸着していた。これは、鉛が基板の準結晶と同じ構造で結晶成長していることを示している。




お問い合わせ先

研究内容に関すること
中央大学理工学部物理学科 助教 
野澤 和生  (ノザワ カズキ)
TEL : 03-3817-1779
FAX : 03-3817-1792
E-Mail: kazuki.nozawa=gmail.com
([ = ] を [ @ ] にしてください)
中央大学理工学部物理学科 教授
石井 靖  (イシイ ヤスシ)
TEL : 03-3817-1742
FAX : 03-3817-1792
E-Mail: ishii=phys.chuo-u.ac.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
(独) 物質・材料研究機構
表界面構造・物性ユニット
表面物理グループ 主席研究員
下田 正彦 (シモダ マサヒコ)
TEL : 029-859-2839
FAX : 029-859-2801
E-Mail: SHIMODA.Masahiko=nims.go.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
東北大学多元物質科学研究所 教授
蔡 安邦 (サイ アンポウ)
TEL : 022-217-5594
FAX : 022-217-5723
E-Mail: aptsai=tagen.tohoku.ac.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
報道担当
中央大学 研究支援室
加藤 裕幹   (カトウ ユウキ)
TEL 03-3817-1603
FAX 03-3817-1677
E-Mail: k-shien=tamajs.chuo-u.ac.jp
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東北大学多元物質科学研究所 
総務課総務係
TEL 022-217-5204
FAX 022-217-5211
E-Mail: syomu=tagen.tohoku.ac.jp
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