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工学部/工学系研究科 プレスリリース

周期性とランダム性が共存する新しい原子構造を発見 ~ 一次元規則結晶の発見 ~

 

東北大学材料科学高等研究所(AIMR)/東京大学大学院工学系研究科総合研究機構の幾原雄一教授らのグループは、最先端の原子分解能走査透過型電子顕微鏡法と第一原理計算を駆使し、従来知られている結晶、アモルファス、準結晶のいずれでもない第四の固体物質というべき新たな原子構造を発見しました。この発見は、1984年に準結晶が発見されて以来、実に34年ぶりの発見となります。この新物質は、一方向には周期性を有するが他の方向はランダム(無秩序)に配列するという極めて特異な構造を有しており、“一次元規則結晶”と名付けられました。一次元規則結晶は、これまでには無い新しい機能を発現することが期待できます。
本研究グループは、結晶中の格子欠陥である転位や粒界・界面を対象にして、原子構造の解析や格子欠陥を制御した新機能材料の開発を試みてきました。今回、最先端の原子分解能走査透過型電子顕微鏡法により、種々の酸化物の粒界や界面近傍の原子構造を詳細に観察した結果、従来知られている酸化物の構造とは全く異なる、新しい原子構造を発見しました。この新構造は、一次元の周期性と二次元のランダム性が共存し、“一次元規則結晶”と名付けられました。さらに、第一原理による理論計算からも、この構造は安定に存在しうることが明らかにされました。また、母相の酸化物が絶縁体であるのに対して、この新構造は半導体の性質を持つことも実験・理論の両面から実証されました。
今後、本発見を起点に、新規機能を有する新たな物質の探索・設計・開発につながることが期待されます。本成果は2018年12月10日(英国時間)に英科学誌「Nature Materials (ネイチャー・マテリアルズ)」オンライン版で公開されました。

 

 プレスリリース本文:PDFファイル

Nature Materials:https://www.nature.com/articles/s41563-018-0240-0

東北大学:https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2018/12/press-20181206-01-AIMR-web.html

東北大学 材料科学高等研究所(AIMR):https://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/news/press/2018/20181211_001105.html