Research (研究内容)

|    Experiments (実験)    |    Simulations (解析)    |   Facilities (実験・解析装置)    |

 

Auマイクロ単結晶のクリープ特性に及ぼす寸法効果
Size Effect on Creep Behavior of Micrometer-Sized Single-Crystal Gold

サブマイクロメートルサイズのAu単結晶の室温クリープでは、変形の停滞と急速なひずみ急増を伴うバルク材とは異なる変形特性を示します。また、寸法の縮小に伴うひずみ速度が低下する寸法効果が表れます。

関連参考文献
“Size effect on tensile creep behavior of micrometer-sized single-crystal gold”
Hiroyuki HIRAKATA, Kousuke SHIMBARA, Toshiyuki KONDO, Kohji MINOSHIMA
(Materialia, Vol. 1 (2018), pp. 221-228)

 

Cuナノ薄膜の破壊じん性に及ぼす膜厚効果
Effects of Film Thickness on Fracture Toughness in Cu Nanofilms

基板から自立したサブミクロン~ナノメートル厚さのCu薄膜の破壊じん性を非線形破壊力学パラメータである限界き裂先端開口変位(Critical CTOD)に基づいて評価しました。膜厚が約40 nmから2600 nmの範囲で、膜厚の縮小に伴い破壊じん性が低下する膜厚効果を示します。

関連参考文献
“Fracture toughness of freestanding copper films with a thickness of 39 nm”
Toshiyuki KONDO, Kazuki HIRAMINE, Hiroyuki HIRAKATA, Kohji MINOSHIMA
(Engineering Fracture Mechanics, Vol.200 (2018), pp. 521-531)

“Effects of film thickness on critical crack tip opening displacement in single-crystalline and polycrystalline submicron Cu films”
Hiroyuki HIRAKATA, Takuya YOSHIDA, Toshiyuki KONDO and Kohji MINOSHIMA
(Engineering Fracture Mechanics, Vol.159 (2016), pp. 98-114)

 

多層ナノ薄膜の変形誘起化学反応
Deformation-Induced Chemical Reactions in Multilayered Nanofilms

発熱反応を示す組合せの2種類の材料を交互に積層した多層ナノ薄膜に力学的負荷を加えると化合物を生成する化学反応が生じます。TiとSiからなる多層ナノ薄膜に対する圧縮試験を実施して、力学負荷により化学反応が生じるメカニズムを解明しました。

関連参考文献
“Plastic deformation dominates chemical reactions in Ti/Si multilayered nanofilms”
Hiroyuki HIRAKATA, Takashi KAWAI, Toshiyuki KONDO, Kohji MINOSHIMA
(Materials Science & Engineering A, Vol.737 (2018), pp.105-114)

 

 

低次元ナノ構造体の強度評価と電子強度設計理論の構築
Strength of Low-Dimensional Nanostructures & Quantum-Mechanics Theory for Electron Strengthening

ナノスケールの微小材料やグラフェン等の低次元原子構造材料の強度・破壊特性を、量子力学に基づく第一原理理論解析や分子動力学解析等を用いて原子・電子レベルから明らかにしています。また、電子を利用することで材料強度を自在に設計・制御できることを示すとともに、電子による材料強度設計の量子的理論体系の構築を目指しています。

関連参考文献
“Griffith criterion for nanoscale stress singularity in brittle silicon”
Takashi SUMIGAWA, Takahiro SHIMADA, Shuuhei TANAKA, Hiroki UNNO, Naoki OZAKI, Shinsaku ASHIDA, Takayuki KITAMURA
(ACS Nano, Vol. 11 (2017), pp. 6271-6276)

“Breakdown of continuum fracture mechanics at the nanoscale”
Takahiro SHIMADA, Kenji OUCHI, Yuu CHIHARA, Takayuki KITAMURA
(Scientific Reports, Vol. 5 (2015), Article number 8596)

 

格子欠陥による原子サイズ量子機能性材料の創出
Quantum Multi-Functional Materials Designed by Lattice Defects in Crystals

従来、原子空孔や粒界、転位などの格子欠陥は材料機能を劣化させると言われてきました。我々は格子欠陥が持つ固有の電子状態に着目し、これを積極利用することで原子スケールで新しい量子機能性材料を創出できることを示しました。

関連参考文献
“Multiferroic grain boundaries in oxygen-deficient ferroelectric lead titanate”
Takahiro SHIMADA, Jie WANG, Taku UEDA, Yoshitaka URATANI, Kou ARISUE, Matous MROVEC, Christian ELSAESSER, Takayuki KITAMURA
(Nano Letters, Vol. 15 (2015), pp. 27-33)

“Multiferroic vacancies at ferroelectric PbTiO3 surfaces”
Takahiro SHIMADA, Jie WANG, Yasumitsu ARAKI, Matous MROVEC, Christian ELSAESSER, Takayuki KITAMURA
(Physical Review Letters, Vol. 115 (2015), Article number 107202)

“Multiferroic dislocations in ferroelectric PbTiO3”
Takahiro SHIMADA, Tao XU, Yasumitsu ARAKI, Jie WANG, Takayuki KITAMURA
(Nano Letters, Vol. 17 (2017), pp. 2674-2680)

 

ナノ機能性材料の量子マルチフィジックス特性
Quantum Multi-Physics of Nanoscale Multi-Functional Materials

量子力学に基づく第一原理理論解析を用いて、ナノスケールの強誘電体や磁性体などの機能性ナノ材料の特性と力学特性との連動効果であるマルチフィジックス特性を原子・電子のレベルから解明し、力学的に電子物性を制御・設計することを目指しています。

関連参考文献
“Absence of ferroelectric critical size in ultrathin PbTiO3 nanotubes: A density-functional theory study”
Takahiro SHIMADA, Xiaoyuan WANG, Yoshiaki KONDO, Takayuki KITAMURA
(Physical Review Letters, Vol. 108 (2012), Article number 067601)

“Chiral selectivity of unusual helimagnetic transition in iron nanotubes: Chirality makes quantum helimagnets”
Takahiro SHIMADA, Junichi OKUNO, Takayuki KITAMURA
(Nano Letters, Vol. 13 (2013), pp. 2792-2797)

“Unusual multiferroic phase transitions in PbTiO3 nanowires”
Takahiro SHIMADA, Tao XU, Yoshitaka URATANI, Jie WANG, Takayuki KITAMURA
(Nano Letters, Vol. 16 (2016), pp. 6774-6779)

 

 

実験・解析設備