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東北大、セラミックスの電気の流れ方に関する構造メカニズムを解明

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東北大、セラミックスの電気の流れ方に関する構造メカニズムを解明
構造と電気の流れ方の関係を示した模式図

構造と電気の流れ方の関係を示した模式図

東北大学原子分子材料科学高等研究機構は、スイスのIBMチューリッヒ研究所と共同で、セラミックスに含まれる酸素成分の割合を変化させることで、電気の流れ方が劇的に変化するメカニズムを解明し、「電気が一定方向に流れる鎖状構造」が結晶内部に規則的かつ自発的に形成されることが原因であることを明らかにした。

今後は、今回の成果をもとに、組成や構造の制御によってセラミックスの高性能化や多様化などの進展に大きく寄与するとともに、量子細線や高温超伝導、熱電変換などの新たな機能性材料の研究開発につながることが期待されている。

構造変化後のセラミックスの特異な原子配列

構造変化後のセラミックスの特異な原子配列:(a)電子顕微鏡写真, (b)元素識別法よる原子分布図(赤:ランタン原子, 緑:チタン原子), (c)結晶構造の模式図

セラミックスは、金属や酸素など複数の種類の原子が結びついて構成され、陶器から耐熱材料や電子部品まで幅広い用途で利用されており、金属材料同様に実用的に用いられている材料。

金属材料とは異なり複雑な結晶構造をもっており、歪みなどわずかな結晶構造の変化によってその特性が著しく変化するが、その構造変化によって新奇な特性が発現する可能性がある。

同大研究グループは、これまで難しいとされてきた物質を構成する原子の可視化や種類識別化、大規模な原子構造や電子状態の理論計算を、超高分解能走査透過電子顕微鏡とスーパーコンピューターを駆使することで可能にし、セラミックスにおいて成分変化が結晶構造や電気特性に及ぼす役割を明らかにした。

【参考】
東北大学 - セラミックス内に規則的に並んだ電気の通路を発見 -電気を一方向に流す物質の構造が解明され、高性能化に道-

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