透明性と伝導性を持つ素材を発見

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透明で伝導性を持つ素材

ミネソタ大学の研究チームは、最大1,000万倍の倍率で画像を形成できる技術である高度な透過型電子顕微鏡（TEM）を使用して透明性と伝導性の長所を持つ素材を発見しました。

In groundbreaking materials research, a team led by University of Minnesota Professor K. Andre Mkhoyan has made a discovery that blends the best of two sought-after qualities for touchscreens and smart windows—transparency and conductivity.
参照元：https://twin-cities.umn.edu/news-events/conductive-nature-crystal-structures-revealed-magnification-10-million-times
– ミネソタ大学 University of Minnesota. January 15, 2021 –

ミネソタ大学のK.Andre Mkhoyan教授が率いるチームは、画期的な材料研究において、タッチスクリーンとスマートウィンドウに求められる2つの品質、つまり透明性と導電性の長所を融合させた発見をしました。

研究者たちは、ペロブスカイト結晶の金属線を最初に観察しました。

ペロブスカイトは地球の中心にたくさんあり、スズ酸バリウム（BaSnO3）はそのような結晶の1つです。

しかし、金属や半導体のような地球上でより導電性の高い材料が普及しているため、金属の特性については広く研究されていません。

この発見は、最大1,000万倍の倍率で画像を形成できる技術である高度な透過型電子顕微鏡（TEM）を使用して行われました。

この研究はScienceAdvancesに掲載されています。

TEMの専門家であるMkhoyan氏は話します。

「これらの金属線欠陥の導電性と優先方向は、ガラスのように透明であると同時に、金属のように非常にうまく方向性のある材料を作ることができることを意味します。これにより、2つの世界の長所が得られます。ウィンドウや新しいタイプのタッチスクリーンを透明にすると同時に導電性にすることができます。これは非常にエキサイティングです。」

欠陥、または欠陥は結晶で一般的です。

そして線欠陥（それらの中で最も一般的なのは転位です）は通常の順序から逸脱する原子の列です。

転位はホスト結晶と同じ元素組成を持っているため、対称性の低下と歪みによる転位コアの電子バンド構造の変化は、多くの場合、ホストのそれとわずかに異なるだけです。

研究者たちは、欠陥の組成と結果として生じる原子構造が大きく異なる金属線欠陥を見つけるために、転位の外側を見る必要がありました。

化学工学および材料科学および研究の筆頭著者で学科の大学院生であるHwanhuiYun氏は話します。

「これらのBaSnO3薄膜の高解像度走査透過電子顕微鏡画像では、原子配置が独特であるため、これらの線欠陥を簡単に見つけることができました。平面図でしか見られませんでした。」

この研究では、ミネソタ大学ツインシティーズの研究室で、分子線エピタキシー（MBE）（高品質の結晶を製造する技術）によってBaSnO3膜を成長させました。

これらのBaSnO3膜で観察された金属線欠陥は、膜の成長方向に沿って伝播します。

つまり、研究者は線欠陥が現れる方法や場所を制御できる可能性があり、タッチスクリーン、スマートウィンドウ、および透明性の組み合わせを必要とするその他の将来の技術で必要に応じてそれらを設計できる可能性があります。

化学工学および材料部門の准教授兼シェルチェアであるバーラトジャラン氏話します。

「MBEを使用して高品質のBaSnO3薄膜を成長させるには、創造性が必要でした。これらの新しい線の欠陥が顕微鏡で明らかになったとき、興奮しました。」

ペロブスカイト結晶（ABX3）には、ユニットセルに3つの元素が含まれています。