金属超格子とは具体的にどういったものをいうのでしょうか?

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A 回答 (2件)

基本的な結晶構造に重なった形で形成される秩序的構造のことを超格子と呼んでいます.


2元合金で,2種類の原子の並び方が規則的になっている場合などがその例です.
例えば,Cu-AU 合金,Cu-Zn 合金(β黄銅)など.

超格子は金属間化合物でよく見られます.
化合物半導体,超伝導材料,水素貯蔵用材料,強力永久磁石材料,超耐熱合金,
などの応用があります.


超格子ができているかどうかはX線回折や電子線回折でわかります.
一般には元の格子より単位格子が大きくなりますし,
消滅則の変化もありますから,もとの格子で観測される以外の新しい回折線が
観測されます.

分子線エピタキシー技術で,人工的に層状に異種物質を積み重ねたものを人工超格子
と呼んでいます.
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この回答へのお礼

わかりやすかったです。
ありがとうございます。

お礼日時:2001/05/27 15:22

MBEというチンケな方法で作る異種金属を数nmの厚さの層で


積層したものを言っていると思います。

出来たかどうかはx線回折という方法で衛星反射が出ているかどうか
で調べているようです。

この方法で作った膜で実用的価値があるとされているのはGMRくらい?
で、他のほとんどは看板倒れというひどい物のようです。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時:2001/05/27 15:22

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Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Qミラー指数:面間隔bを求める公式について

隣接する2つの原子面の面間隔dは、ミラー指数hklと格子定数の関数である。立方晶の対称性をもつ結晶では

d=a/√(h^2 + k^2 + l^2) ・・・(1)

となる。

質問:「(1)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_| ̄|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0  (1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a  (2a)
hx + ky + lz = -a  (2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)  (3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt  (4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)  (5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)  (6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp>qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ:
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト 第3章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL:http://133.1.207.21/education/materdesign/

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベ...続きを読む

QX線のKαって何を意味するのでしょう?

タイトルのまんまですが、XRD、XPSなどで使われる特性X線のCu-Kα線、Mg-Kα線のKαってなにを意味するものなのでしょうか?
ちょっと気になった程度のことなので、ご覧のとおり困り度は1ですが、回答もきっとそんなに長くならないんじゃないかと思うのでだれか暇な人教えて下さい。

Aベストアンサー

ちょっとうろ覚えなんですが。。。

X線は、フィラメント(主にタングステン(W)が用いられている)から電子を取り出し(加熱で)、それをX線を発生するターゲット(アルミニウム(Al)やマグネシウム(Mg)や銅(Cu))などに電子を衝突させて発生させます。
ターゲットとなる材料の電子軌道はそのエネルギ-準位がとびとびでかつ元素によって特有の値を持ちます。電子衝突によって飛び出した電子が仮にK殻の電子であったとします。K殻は他の殻(LやM)に比べて低いエネルギーにあるので、L殻やM殻の電子は安定した状態を保とうと、K殻へ落ち込みます。このとき(K殻のエネルギー)-(L殻のエネルギー)に相当するエネルギーがあまるので、これがX線となりこのエネルギーをもつX線が発生します。

そこで、potemkineさんの質問にあるとおり、Kαとかの命名法ですが、Kに相当するものは電子が衝突して飛び出した殻を示し、αは飛び出した殻に対していくつ外側の殻から電子が飛び出したのかを示すもので、1つ上からならα、2つ上ならβ。3つ上ならγといったようにあらわします。
例えば、K殻の電子が飛び出し、そこをM殻が埋めた場合(2つ上の準位)はKβ、L殻の電子が飛び出しそこをM殻が埋めた場合はLα
ちなみに下からK殻、L殻、M殻、N殻の順番です。

エネルギーや半値幅(エネルギーの広がり)の面から一般に用いられてるX線は、AlKα、CuKα、MgKαなどです。

ちょっとうろ覚えなんですが。。。

X線は、フィラメント(主にタングステン(W)が用いられている)から電子を取り出し(加熱で)、それをX線を発生するターゲット(アルミニウム(Al)やマグネシウム(Mg)や銅(Cu))などに電子を衝突させて発生させます。
ターゲットとなる材料の電子軌道はそのエネルギ-準位がとびとびでかつ元素によって特有の値を持ちます。電子衝突によって飛び出した電子が仮にK殻の電子であったとします。K殻は他の殻(LやM)に比べて低いエネルギーにあるので、L殻や...続きを読む

Q超格子反射について(なぜ規則化金属間化合物となるのか?)

今、実験である金属の分析を行っているのですがTEM観察の結果、超格子反射を示す001のスポットが得られたため、B2型の規則化金属間化合物であると特定しました。ここで疑問なのですが、なぜ001(超格子反射)のスポットが存在すると規則化するのかがよく分かりません。分かるかたがいらしたらぜひ教えてください、お願いします。

Aベストアンサー

001(超格子反射)のスポットが存在すると規則化するのかは分かりません。
そのような事実があることも知りません。但し以下のような逆の場合なら判ります。
 ”規則化すると超格子のスポットが認められる。”
これは規則化するということは、そこに元々の基本格子よりなる更なる規則性(超格子)ができることであり、その超格子からの電子線回折で超格子のスポットが認められるということで判りやすいのですが....
001(超格子反射)のスポットが認められた場合に、規則化していると判断することはできると思いますが....超格子反射を示す001のスポットが得られたたら必ず規則化しているかは定かではないような気もします。(大抵の場合は問題ないでしょうが、厳密にいえば超格子以外の別の要因で超格子反射を示す001のスポットが得られる可能性がないとは言い切れない気もします)

Q超格子バッファ;格子定数差を緩和?

超格子バッファ層を用いたエピタキシャル成長について質問です。
添付写真or参考URL41ページ目の資料を見て頂きたいと思います。
URL;http://home.sato-gallery.com/education/kouza/heteroepitaxy.ppt

以下の点にヒントを頂けると助かります。
「格子不整合があっても・・・、・・・pseudomorphicに成長
する。」
このpseudomorphicに成長するというのは理解できます。歪層が成長するということだと思います。
しかしこれをそのまま理解すると、超格子の格子定数はいつも
基板材料の格子定数のままエピタキシャル成長し、
その次の「格子定数の異なる基板とエピタキシャル膜を格子整合させることが可能」
という話と矛盾しているように思えます…。
いつまでも基板の格子定数ですので、結局上の膜とは
格子整合しないのではないでしょうか。

超格子層を使うことで、下地の材料と上に成長する材料の格子定数差を
埋めるという訳ではないのでしょうか?
超格子を使うことで徐々に格子定数を変えるような…。(そもそもこんなことは可能なのでしょうか)

超格子バッファ技術についてご存知の方、何でも構いませんので
回答頂けないでしょうか。
宜しくお願いします。

超格子バッファ層を用いたエピタキシャル成長について質問です。
添付写真or参考URL41ページ目の資料を見て頂きたいと思います。
URL;http://home.sato-gallery.com/education/kouza/heteroepitaxy.ppt

以下の点にヒントを頂けると助かります。
「格子不整合があっても・・・、・・・pseudomorphicに成長
する。」
このpseudomorphicに成長するというのは理解できます。歪層が成長するということだと思います。
しかしこれをそのまま理解すると、超格子の格子定数はいつも
基板材料の格子定数のまま...続きを読む

Aベストアンサー

# 最近忙しくて回答を書く暇がなく、すみません。
私は専門家ではないので、もしかしたら間違いもあるかもしれません。

先ず最初の質問は超格子バッファでしたが、これは基板とエピ層との間の格子不整を緩和するためのものであることには異論がないものと思います。
何故こんなものを積むかといえば、もちろん基板に対して格子不整の大きいエピ層を積みたいからです。

ほとんどの結晶では10%を超える格子不整があれば、どんなに薄くても欠陥が生じると思いますが、仮に臨界膜厚以下であれば20%の不整合まではOKとしておきます。
基板Aに対して格子不整+20%の層Bを積みたいとき、それぞれ臨界膜厚以下の層a,bを複数組積み上げたものが超格子バッファです。

このとき、最下層のbは基板Aから20%相当の圧縮応力を受けますが、同時に基板Aも超格子層から20%の引っ張り応力を受けます。
同様に最上層のaもエピ層Bから20%相当の引っ張り応力を受けます。
基板Aおよびエピ層Bは充分厚く歪は無視できる程度として、薄いa,b層を歪ませるのが、超格子バッファだと私は理解しています。

仰るようにバッファ層内には歪が蓄積するので、半導体レーザのように
大電流を流す素子では、ライフは短いかもしれませんね。
なにしろ、室温でさえ格子は300Kの熱エネルギーで揺さぶられていますから、更に電流の影響で格子を飛び出す原子も多そうです。

「strain compensation laser」は、ちょっと違います。
2つの考えがあって、1つ目はレーザの活性層を「歪超格子」とし、(No.4に書いたように)バルクや単なる量子井戸とは異なる量子状態を作り出すことにより、従来とは異なる特性のレーザを作ろうというものです。
活性層自身が基板に対して歪みを持つので、うまく積層するように「歪緩和層」が必要です。

もう1つは、最近流行の「量子ドットレーザ」をどう作るかです。
「量子ドット」は、例えて言えばガラスの表面に水滴がつくように、量子層の表面張力を利用して作るのが最近の主流なので、必ず基板に対して引っ張り歪を伴います。
「レーザ」とするためにはこの量子ドットを半導体で埋め込まねばならないので、圧縮歪を持つ緩和層で埋め込みます。

# 最近忙しくて回答を書く暇がなく、すみません。
私は専門家ではないので、もしかしたら間違いもあるかもしれません。

先ず最初の質問は超格子バッファでしたが、これは基板とエピ層との間の格子不整を緩和するためのものであることには異論がないものと思います。
何故こんなものを積むかといえば、もちろん基板に対して格子不整の大きいエピ層を積みたいからです。

ほとんどの結晶では10%を超える格子不整があれば、どんなに薄くても欠陥が生じると思いますが、仮に臨界膜厚以下であれば20%の不整合ま...続きを読む


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