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2013-10

理論計算によるTiO2薄膜におけるドメイン境界の構造・特性


技術のポイント

アナターゼTiO2薄膜における90oドメイン境界の 構造・安定性を、原子レベルでの理論計算で解明

基礎研究


背景
アナターゼTiO2薄膜は光触媒、熱電材料、太陽電池などを目指す研究が多い。電気特性や触媒特性は粒界・欠陥などに影響与えていると考えられるが、どの影響を受けることがまだほとんど検討されてない。

目的
電子顕微鏡で観察されたLaAlO3基板上TiO2薄膜における90oドメイン境界の構造・特性を原子・電子レベルで解明する。

成果
(1) 理論計算により90oドメイン境界の構造と電子顕微鏡で観察した境界の構造がよく一致する。
(2) 90oドメイン境界のエネルギーが低くて、かなり安定な界面であることがわかった。
理論計算が固体における界面などの解析ツールとして有効である


・手法:走査型透過電子顕微鏡(STEM)観察および密度汎関数理論(VASPコード)  
・評価:TiO2をSTEMで観察したドメイン境界と第一原理計算による構造を比較する

図1. アナターゼTiO2薄膜におけるドメイン
境界:(a)TEM平面像; (b)ABF-STEM断面像
図2. 理論計算による90o回転境界の
構造と相関間隔の依存性



今後の展開
他の方位関係の界面についての検討、
点欠陥などによる特性変化の検討を行う
高特性の光触媒などの開発に寄与

参考文献 S. Zheng, C.A.J. Fisher, T. Kato, Y. Nagao, H. Ohta and Y. Ikuhara, Appl. Phys. Lett., 101, 191602 (2012).
謝辞 本研究は、JSPS科研費の助成を受けたものおよび特別研究員事業の一部として実施したものである。



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