東北大、超硬物質ダイヤモンドと窒化ホウ素の接合界面の原子構造を特定

東北大学は2月17日、最先端の超高分解能走査透過型電子顕微鏡と第一原理計算手法を駆使し、最も硬い物質として知られるダイヤモンドと、ダイヤモンドの次に硬い立方晶窒化ホウ素同士の接合界面の原子構造、結合メカニズムを、原子レベルで決定することに成功したと発表した。

同成果は、同大 原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の幾原雄一教授(東京大学 教授併任)、王中長准教授、陳春林助教らによるもの。物質・材料研究機構(NIMS)の谷口尚グループリーダー、ファインセラミックスセンター(JFCC)と共同で行われた。詳細は、英国科学誌「Nature Communications」のオンライン版に掲載された。

研究グループは、結晶中の格子欠陥である転位や粒界・界面を対象にして、その原子構造の解析や格子欠陥を制御した新機能材料の開発を試みてきた。そして今回、c-BN/ダイヤモンド境界面の原子レベルの構造解析とその物性の解析を試みた。

まず、密度汎関数法に基づく第一原理計算により、エネルギー的に安定なc-BN/ダイヤモンド境界面の原子構造を探索し、窒素-炭素(N-C)結合よりもホウ素-炭素(B-C)結合の方が、結合エネルギーの低い構造であることが示唆された。