名古屋大学の研究グループは、半導体結晶が光のない環境で異常に大きな可塑性(形状変化能力)を示し、破壊を生じにくくなる現象を発見した。また、結晶を取り巻く光環境が、結晶の形状変化メカニズムを大きく変化させることも解明した。

 光環境が半導体材料の電気的特性に影響することは広く知られている。しかし、その機械的特性(力が加わった際にどのように形を変えるか、どのように破壊するかなど)への影響については、ほとんど理解されていない。

 研究グループは今回、無機半導体の1つである硫化亜鉛結晶について、常温での変形挙動を調べた。その結果、光のある環境では、従来考えられていたとおり可塑性が非常に小さく、脆く壊れやすい性質を示した一方、完全暗室下では、金属のように壊れにくい性質を示すことを発見した。

 変形後の結晶を調査したところ、その原因は、結晶内部に存在する転位(原子配列の乱れの一種)が、光の照射に誘発された電子や正孔と強く相互作用し、変形メカニズムを大きく変化させるためであることがわかった。このメカニズムを詳細に検討すると、多くの物質・材料において、光環境が変形メカニズムに影響し、類似の現象が起こりうると予想されるという。

 この現象の発見により、これまで構築されてきた物質・材料の変形および破壊のメカニズムを、電子構造というミクロな視点から再考することが必要となると同時に、半導体材料やセラミックス材料などの脆い材料の製造技術や利用法に、光環境制御による革新がもたらされることが期待される。

論文情報:【Science】Extraordinary plasticity of an inorganic semiconductor in darkness

名古屋大学

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大学ジャーナルオンライン編集部

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