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石川 法人; 福田 将眞; 中嶋 徹; 小河 浩晃; 田口 富嗣*
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ジルコニアは、高温強度を有する応用上重要な材料であるばかりでなく、結晶学、材料学的にも興味深い材料である。本研究では、我々の得意な微細観察技術を駆使して、ジルコニア中の照射損傷に伴うナノ構造を観察した。その結果、他のセラミックスでは報告例のない特殊な形態のナノ構造を観察したので報告する。具体的には、ジルコニア系酸化物(Baddeleyite)に高速重イオン照射した後に透過型電子顕微鏡観察すると、結晶方位を反映した四角い断面を持つイオントラック損傷が観察された。表面ナノ構造であるナノヒロックは、イオンの飛跡に沿った溶融に伴って表面隆起したものなので、ナノヒロックのサイズを計測すれば、局所溶融した領域のサイズを評価できると期待できる。ナノヒロックを観察してみると約10nmであることが確認できたので、約10nmの領域が溶融したことが示唆される。実際、既存の損傷予測モデルにもとづいて溶融領域のサイズを理論的に計算すると約10nmという結果になり、実験の解析結果と一致した。前述の四角いイオントラック形状は、溶融の後に部分再結晶化したことを強く示唆している。
高梨 弘毅
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金属人工格子とは、2種類以上の異なる金属をナノスケールで人工的に積層した物質である。金属人工格子の研究は1970年代後半から始まった。その後、垂直磁気異方性の発見(1985年)や巨大磁気抵抗効果(GMR)の発見(1988年)があり、1990年頃に隆盛を迎えた。GMRの発見がスピントロニクスの起源となっていることはよく知られている。1990年代は、GMRやトンネル磁気抵抗効果(TMR)に代表されるスピン依存伝導の研究が盛んになるが、一方で磁性半導体の研究も進み、20世紀から21世紀へ変わる頃、それらの分野は統合してスピントロニクスと呼ばれるようになった。2000年代には、スピントロニクスの基礎概念としてスピン流が注目されるようになり、スピンホール効果やスピンゼーベック効果などの新現象が続々と発見された。筆者らは、スピントロニクスに有用な材料として、規則合金に着目した。規則合金は、機能性の宝庫であるとともに、金属人工格子の積層構造の極限とも考えられる。最近10年くらいの傾向を見ると、スピントロニクスは新たな展開期を迎えている。スピン軌道相互作用を活用するスピンオービトロニクス、反強磁性体のメリットを生かす反強磁性スピントロニクス、熱との相関に着目するスピンカロリトロニクスなど、さまざまな分野がスピントロニクスから派生している。この流れの中で、金属人工格子という材料はあらためて注目される。界面の集合体である金属人工格子は、スピン軌道相互作用が人工的に増強された系と考えることができる。層間交換相互作用を利用すれば、変調周期や結合強度を人工的に制御した反強磁性体を作製できる。また、金属人工格子の構造的な異方性に着目すれば、電気伝導と熱伝導を独立に制御することができ、熱電変換の無次元性能指数ZTの向上も期待できる。以上のような観点から、筆者らは金属人工格子の研究に取り組んでおり、実際にPd/Co/Pt構造における垂直磁気異方性とスピン軌道トルクとの相関性の観測、Co/Cu-Ir/Co構造における反強磁性交換結合とスピン軌道トルクの観測、Co/Ir/Co構造における巨大な反対称交換結合の発見と磁化スイッチングへの応用、Ni/Pt人工格子における異常ネルンスト効果の増大の観測などの成果を得ている。
山川 紘一郎; 那須 裕一*; 鈴木 菜摘*; 清水 元希*; 荒川 一郎*
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分子間相互作用の性質を調べる目的で、ナノサイズの分子クラスターは分光学的手法を用いて精力的に調べられてきた。赤外域に比べ、テラヘルツ域の測定は報告例が極めて少ないため、振動モードとテラヘルツ吸収との対応付けは、水の二量体についてさえ確立していなかった。本研究では、超高真空下のその場テラヘルツ・赤外吸収分光装置を開発し、アルゴン凝縮層内に生成した重水クラスターのスペクトルを測定することで、二量体,三量体,四量体のテラヘルツ吸収ピークを同定した。