第８章 職員人事異動
1. NOGIWA, K
In Situ TEM Observation of Dislocation movement through the Ultrafiine Obstacles in an Fe Alloy
Jounal of Nuclear Materials 2. HAYASHI, T.
Effect of Undersized Soulute Atoms on Point Defect Behavior in V-A (A=Fe, Cr and Si) Binary Alloys Studied by Using HVEM
Jounal of Nuclear Materials 3. HAYASHI, T.
In Situ Observation of Glide Motions of SIA-Type Loops in Vanadium and V-5Ti Under HVEM Irradiation
Jounal of Nuclear Materials 4. FUKUMOTO, K.
High Temperature Performance of Highly Purified V-4Cr-4Ti Alloy, NIFS-Heat1 Jounal of Nuclear Materials
5. NAKAMURA, H..
Status of Activities on the Lithium Target in the Key Element Technology Phase in IFMIF Jounal of Nuclear Materials
【研究成果：2003 年度】
前年度実施して非常に評価の高かったHVEM内その場引張観察法をさらに改良し、低温まで観察領 域を拡げたり、撮像系や試料作成法等に改良を加えた。しかし、装置の故障や新しい試料作製法が確 立するのに時間を要したことなどから、学会での口頭発表は行ったが論文としての成果とはなってい ない。この期間大きく精力を注入したのは国際核融合材料照射施設(IFMIF)関係の活動で、特に2000 から2002までの期間実施された要素技術確証（Key Element Technology Phase: KEP）の活動の総 括に時間を要した。これは原研からの英文報告書（1）等として関係機関に配布されている。また、文 献（2）にはその活動の一部が報告として記載されている。
このほか、分子動力学法による原子力材料研究については、休止状態であったのを再開し、ジルコ ニウム水素化物の熱伝導に対する応用に関する研究（3）などを行った。
1. IFMIF International Team.
IFMIF KEP International Fusion Materials Irradiation Facility Key Element Technology Phase Report
JAERI-Tech Report 2003-005 2. NAKAMURA, H.
Latest liquid lithium target design during the key element technology phase in the international fusion materials irradiation facility (IFMIF)
Fusion Engineering Design, 1966, p.193 3. KONASHI, K.
A molecular dynamics study of thermal conductivity of zirconium hydride J. Alloys Compd. (Switzerland), 279-82, vol.356-357, 11 Aug. 2003
電子材料物性学研究部門
部門担当教授八百 隆文
（1994.8～）【部門構成員】
教授（兼）：八百 隆文、 助教授：曺 明煥、 助手：花田 貴、 助手：牧野 久雄、 客員教授：後藤 武生、
その他（事務補佐員 １名）
【研究成果：2002 年度】
(1) 我々は1996年からZnO系の励起子光デバイス材料特性に注目して、最初の室温励起子レーザ発振 に成功する等のパイオニア的成果を上げた（例：DM Bagnall, YF Chen, Z. Zhu, T. Yao, S. Koyama, MY Shen, and T. Goto: “Optically pumped lasing of ZnO at room temperature”, Appl. Phys. Lett.
70, 2230-2232 (1997)引用回数466回）。これらの研究を契機としてZnO系酸化物半導体が注目を集め てきたが、最大の課題は良好なｐ型ZnO形成である。この課題解決のために我々は基礎に立ち返っ てＭＢＥ成長過程において表面構造の原子プロセスを解明した(YF Chen, HJ Ko, SK Hong, T Yao and Y Segawa: "Morphology evolution of ZnO(0001)surface during plasma-assisted molecular-beam epitaxy":Appl. Phys. Lett. 80(8)(2002) 1358 - 1360.引用回数12回)。成長過程制 御による高品質p-ZnO成長へ貢献するものである。この研究をベースとして、詳細に成長条件を最 適化することにより化学量論比を制御して良い結晶性、電気的光学的特性を持つ高品質ZnO成長条 件を確立した（HJ Ko, T Yao, YF Chen and SK Hong:"Investigation of ZnO epilayers grown under various Zn/O ratios by plasma-assisted molecular-beam epitaxy": J. Appl. Phys. 92(8)(2002) 4354 – 4360 引用8回）。
(2) ウルツ鉱構造結晶は対称中心を欠くため極性を生じ、たとえばZnOのｃ軸方向にはZn面とO面が 安定面として存在する。そのため結晶成長特性、ドーピング特性、内部電界はZn面、O面で異なる ため、極性制御がきわめて重要となる。本研究はウルツ鉱結晶における極性制御の一般的な方法を 初めて提唱し実証したものである(SK Hong, T Hanada, HJ Ko, YF Chen, T Yao, D Imai, K Araki, M. Shinohara, K Saitoh, M Terauchi,"Control of crystal polarity in wurtzite crystal: ZnO films grown by plasma assisted molecular- beam epitaxy on GaN"：Phys. Rev. B 65(2002) 115331-1 115331-10 引用回数9回)。
(3) フォトドーピングはアモルファス半導体中でしか起きないと信じられてきたが、本研究は単結晶 フォトドーピングを初めて示した(HY Lee, JS Song, H Makino, T Yao："Ag photodoping into crystalline ZnSe"：Appl. Phys. Lett. 80 (2002) 710 – 712 引用5回)。Agフォトドーピングを利用 して、Agからの青緑色から赤色にわたるブロードな発光を利用した白色発光への応用の可能性を示 した（HY Lee, T Takai, T Yao："Silver photodoping into Al-ZnSe for application to white light emitters"：Appl. Phys. Lett. 80 (23)(2002) 4336 - 4338.引用3回）。
(4) シリコンIC技術と光通信との相乗りを目指した１次元PCを開発した。全方向性のフォトニックバ ンドギャップを持ち(HY Lee, H Makino, T Yao, A Tanaka: "Si-based omnidirectional reflector and transmission filter optimized at a wavelength of 1.55mm": Appl. Phys. Lett. 81 (24)(2002)
4502 – 4504 引用3回)、光通信帯におけるフィルター、波長分波、波長多重等に用いられる。
(5) 物質のナノ化による新たな物性開拓とそのデバイス応用を目標に研究を進めた。橙色用Zn2SiO4:
Mn2+蛍光体のナノ粒子化による発光効率の大幅な増強に成功した(N Taghavinia, G Lerondel, H Makino, A Parisini, A Yamamoto, T Yao, Y Kawazoe, T Goto "Activation of porous silicon layers using Zn2SiO4: Mn2+ phosphor particles": J. Luminesc. 96 (2002) 171 – 175 引用3回)。ナノ化 により高輝度高効率蛍光体開発の可能性を示した。
研究成果はISI論文誌に48編発表した（主要雑誌ではAppl Phys Lett 9編, J Appl Phys 6編, Jpn J Appl Phys 3編, J Cryst Growth 4編, J Vac Sci Technol 3編, Phys Rev 1編等々）。
【研究成果：2003 年度】
(1) 分子線強度比を最適化して高品質ZnO薄膜成長に成功した（H. Kato, M. Sano, K. Miyamoto, T.
Yao:”Effect of O/Zn flux ratio on crystalline quality of ZnO films grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy”, JPN J APPL PHYS 1 42 (4B): 2241-2244 (2003)引用10回）。さらにZnO ホモエピタキシ技術を開発し、結晶性、電気特性、光学特性評価から LED作製に使用されるGaN 系薄膜を優にしのぐ結晶性を持つZnO薄膜成長技術を確立した（H.Kato, M. Sano, K. Miyamoto, T.
Yao, :”Homoepitaxial growth of high-quality Zn-polar ZnO films by plasma-assisted molecular beam epitaxy”, JPN J APPL PHYS 2 42 (8B): L1002-L1005 (2003)引用8回）。
(2) 昨年に引き続いて一次元 PC の研究を進め、特に全方位型のフォトニックギャップを持つ一次元 PC を実際の物質系（ZnS/SiO2 系など）を取り上げて設計し、光通信帯（1.55 ミクロン）やZnO 用微小共振器用一次元PCとしての特性を評価した（HY Lee, T. Yao, “Design and evaluation of omnidirectional one-dimensional photonic crystals”, J APPL PHYS 93, 819-830 (2003)引用10回）。
(3) 新しいワイドギャップスピントロニクス材料の探索の一環としてMnドープGaNの成長を行い、
結晶評価を行い最適成長条件を確立するとともに磁性評価を進め、室温での強磁性体の作成に成功 し た （Chen PP, Makino H, Kim JJ, Yao T, “MBE growth of GaMnN diluted magnetic semiconductors and its magnetic properties”, J CRYST GROWTH 251, 331-336 (2003)引用10回）
(4) ナノ構造における新機能性開拓の一環として、Mn 発光中心を埋め込んだ ZnS 量子ドット層と SiO2 層から構成される多重量子構造を形成して Mn 発光の増強に成功した（N. Taghavinia, H Makino, T Yao, “Enhancement of Mn luminescence in ZnS:Mn multi-quantum-well structures”, APPL PHYS LETT 83 (22): 4616-4618 (2003)。これはナノサイズに発光中心が閉じ込められたため に波動関数の重なり合いが増強されるために起こるためであり、ナノ構造の一般的な特性として蛍 光の増強に用いられる可能性を示した。
上記の成果はISI学術論文誌31編（主要学術誌：Appl Phys Lett 3編、J Appl Phys 3編、J Cryst Growth 8編、Jpn J Appl Phys 4編、Phys Rev 1編）として発表された。
ランダム構造物質学研究部門
部門担当教授松原英一郎
（1999.9～）【部門構成員】
教授：松原 英一郎、 助教授：林 好一、 助手：神山 智明、 助手：櫻井 雅樹、 助手：市坪 哲、
その他（事務補佐員 １名）
【研究成果：2002 年度】
ランダム構造物質学研究分野では、2002年度は(1)金属ガラスの構造と物性、(2)蛍光X線ホログラ フィー法の高精度化、(3)フラーレンを用いた化合物構成などの研究を行った。(2)については林好一 助教授、(3)については高橋英志博士らと共に研究を推進した。
金属ガラスの構造と物性については、放射光X線源を用いたX線異常散乱法や高エネルギーX線回 折、実験室のX線装置を用いて、Zr基金属ガラスとFe基金属ガラスの局所構造解析を行った。Zr基 金属ガラスにおいては、貴金属を添加した場合に金属ガラスから準結晶が析出ことに着目し、準結晶 形成過程での貴金属元素の構造的な役割を明らかにするために、X 線異常散乱を用いて調べた。その 結果、貴金属元素周りで 20 面体クラスター構造が形成されていることを突き止めた。Zr 基金属ガラ スの局所構造は、20面体的な原子が密に詰まった構造であることが言われていた。そのような20面 体的なクラスター構造が貴金属を添加することによってより安定化されることが予想され、それが準 結晶の形成にも深く関係することが示唆された（1）。さらに、Fe 基金属ガラスにおいては、金属ガ ラスから析出する準安定な結晶相の構造に注目し、X 線異常散乱法を用いて詳細に調べることで、金 属ガラスと準安定相の局所構造の類似性を見出し、長距離の原子拡散が起こり難いような低温では、
金属ガラスからは平衡相が析出する前に、大きな構造的、組成的な変化を伴わない結晶化がまず進行 することを報告した（2）。
蛍光X線ホログラフィー法は、実験的に測定した蛍光Ｘ線の干渉から得られるホログラムから3次 元原子配列を直接決定できる比較的新しいX線回折方法として注目されている。しかし、その定量化に は成功しておらず、原子の位置および種類についての定量化に向けた研究を展開している。2002年度 は、特に極めて微弱な強度変化を精度よく決定するための検出方法の開発に取り組み成功した(3, 4)。
フラーレンを用いた物質創製を行っている途中で、フラーレンと硫黄の化合物の単結晶が溶媒中で 形成することを見出した。この化合物の構造を、単結晶X線回折を用いて詳細に解析し、その構造情 報に基づいて計算科学的に結合状態などについても調べた（5）。
1. Nakamura T, Matsubara E, Sakurai M, Kasai M, Inoue A, Waseda Y ; Structural study in amorphous Zr-noble metal (Pd Pt and Au) alloys, Journal of Non-Crystalline Solids, 312, 2002, 517-521.
2. Nakamura T, Koshiba H, Imafuku M, Inoue A, Matsubara E; Determination of atomic sites of Nb dissolved in metastable Fe23B6 phase, Materials Transactions, 43(8), 2002, 1918-1920.
3. Hayashi K, Takahashi Y, Matsubara E, Kishimoto S, Mori T, Tanaka M; X-ray fluorescence hologram data collection with a cooled avalanche photodiode, Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Sec. B, 196(1-2), 2002, 180-185.
4. Takahashi Y, Hayashi K, Matsubara E ; Feasibility study of local structure analysis of ultrathin films by X-ray fluorescence holography, Materials Transactions, 43(7), 2002, 1475-1479.
5. Takahashi H, Matsubara E, Shiro M, Matsubara S, Sato N, Muramatsu A, Tohji K;
Codeposition of fullerenes and sulfur from diluted solution, Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures, 10(3), 2002, 217-226.
【研究成果：2003 年度】
ランダム構造物質学研究分野では、2003年度は(1)蛍光X線ホログラフィー法の高精度化、(2)高率 光触媒活性なチタン酸化物薄膜の実現などを主要課題に研究を進めた。(1)については林助教授らと共 に研究を行った。また、(1)は博士課程の高橋幸生、(2)は博士課程の中村貴宏らの研究課題でもあった。
蛍光X線ホログラフィー法については、研究を強力に進めた。2003年度は2002年度に続いて高精 度な測定実現に向けた研究に加え、X線異常散乱現象を蛍光X線ホログラフィー法に採用することに よって、周辺元素によって回折した蛍光X線の位相の完全に決定することができることを見出し、中 心元素とその周辺元素の両方を定量的に識別する方法として報告した（1）。さらに、これまで放射光 X線を用いて行われていた蛍光X線ホログラフィー測定を、実験室のX線源を用いてもできるように、
装置を開発した（2）。これにより、基礎的な予備実験を実験室の蛍光 X 線ホログラフィー装置を用 いて行うことができるようになり、放射光を用いた測定での実験信頼度を飛躍的に改善することがで きた。また、2003年度は、蛍光X線ホログラフィー法を、金研高梨研究室との共同研究でFePt人工 薄膜（3）や、金研中嶋研究室との共同研究でSiGe単結晶（4）など様々な物質に応用し、その可能 性を調べる研究も実施した。
高効率光触媒活性なチタン酸化物薄膜実現のための研究は、多元物質科学研究所村松淳司教授の研 究室との共同で行われた。研究では彼らの光触媒評価技術を活かし、我々の構造解析技術と組み合わ せることで研究を展開した。そして、チタン酸化物薄膜の酸素の一部を硫黄で部分的に置換すること で、可視光領域で大幅に光吸収能が改善することを見出し、それを軸に、熱処理条件やチタン酸化物 薄膜中の硫黄量を変化させて、その構造と、光触媒能の関係について調べ、高効率光触媒活性を実現 するための指針を得ることができた（5）。
1. Takahashi Y, Hayashi K, Matsubara E; Complex X-ray holography, Physical Review B, 68(5), 2003, art. no.-052103
2. Takahashi Y, Hayashi K, Wakoh K, Nishiki N, Matsubara E; Development of laboratory x-ray fluorescence holography equipment,Journal of Materials Research, 18(6), 2003, 1471-1473 3. Takahashi Y, Hayashi K, Matsubara E, Shima T, Takanashi K, Mori T, Tanaka M; A new
technique for study of local atomic environment in artificially grown magnetic thin film, Scripta materialia, 48(7), 2003, 975-979.
4. Hayashi K, Takahashi Y, Matsubara E, Nakajima K, Usami N; 3D atomic imaging of SiGe system by X-ray fluorescence holography, Journal of Materials Science-Materials in Electronics, 14(7), 2003, 459-462
5. Nakamura T, Arata M, Takahashi H, Yamamoto K, Sato N, Muramatsu A, Matsubara E;
Partial sulfurization of laser-ablated titanium oxide film for the improvement in photocatalytic property, Materials Transactions, 44(4), 2003, 685-687
超高圧化学研究部門 部門担当教授 川崎 雅司
（2001.4～）【部門構成員】
教授：川崎 雅司、 助手：香川 昌宏、 助手：藤永 保夫、 助手：草場 啓治、
助手：阿藤 敏行、 助手：福村 知昭、 助手：大友 明、 その他（事務補佐員 １名）
【研究成果：2002 年度】
一枚の基板上に組成や構造の異なる薄膜試料をパラレル合成で集積化し、研究の効率を飛躍的に向 上する「コンビナトリアル手法」について新たな技術開発に成功した。基板位置ごとに薄膜成長温度 に傾斜をかけることで成長温度を最適化する「基板温度傾斜法」を開発し（1）、一連の試料の面直・
面内格子定数を一括に評価する X 線回折手法（2）も確立した。これらの技術を活用して、酸化物半 導体に関しては、酸化亜鉛の系統的なドーピング手法の確立（3）と高性能透明トランジスタの実証（4） を、強相関電子酸化物に関しては、格子不整合エピタキシーにおけるバッファー層の最適化技術（5） を確立した。
1. T. Koida, D. Komiyama, M. Ohtani, M. Lippmaa, M. Kawasaki, H. Koinuma
"Temperature-Gradient Epitaxy Under In-Situ Growth Mode Diagnostics by Scanning Reflection High-Energy Electron Diffraction"
Appl. Phys. Lett., 80, 565-567 (2002)
2. M. Ohtani, T. Fukumura, M. Kawasaki, K. Omote, T. Kikuchi, J. Harada, H. Koinuma
"Concurrent evaluation of strain in heteroepitaxial thin films with continuous lattice mismatch spread"
Appl. Phys. Lett., 80, 2066-2068 (2002)
3. A. Tsukazaki, M. Sumiya, T. Fukumura, M. Kawasaki et. al.
"Systematic examination of carrier polarity in composition spread ZnO thin films codoped with Ga and N"
Appl. Phys. Lett., 81, 235-237 (2002) 4. J. Nishii, A. Ohtomo, M. Kawasaki et. al.
"High Mobility Thin Film Transistors with Transparent ZnO Channels"
Jpn. J. Appl. Phys., 42, L347-L349 (2003)
5. K. Terai, M. Lippmaa, P. Ahmet, T. Chikyow, T. Fujii, H. Koinuma, M. Kawasaki
"In-palne lattice constant tuning of an oxide substrate with Ba1-xSrxTiO3 and BaTiO3 buffer layers"
Appl. Phys. Lett., 80, 4437-4439 (2002)
【研究成果：2003 年度】
酸化物半導体については、強磁性を示すCoドープTiO2について、磁気光学効果（1）と異常ホー ル効果（2）で強磁性応答を観測し、半導体中のキャリアがスピン偏極していることを実証した。また、
昨年度に開発したバッファー層技術を酸化亜鉛に応用し、超高品質結晶薄膜の合成に成功した（3）。
本技術は次年度のp型酸化亜鉛合成の成功を可能にした重要なブレークスルーであった。
強相関酸化物では、3種類の構成化合物をA,B,C,A,B,Cと積層することで系の空間反転対称性を人