小山 泰正 (コヤマ ヤスマサ)

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所属

理工学術院 基幹理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.koyamalab.sci.waseda.ac.jp/

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院基幹理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1981年

    東京工業大学   理工学研究科   金属工学  

  •  
    -
    1976年

    東京工業大学   工学部   金属工学  

学位 【 表示 / 非表示

  • (BLANK)

  • 東京工業大学   工学修士

  • (BLANK)

  • 東京工業大学   工学博士

経歴 【 表示 / 非表示

  • 1994年04月
    -
     

    早稲田大学理工学部教授   School of Science and Engineering

  • 1994年04月
    -
     

    早稲田大学理工学部教授   School of Science and Engineering

  • 1990年04月
    -
     

    早稲田大学材料技術研究所兼任研究員

  • 1990年04月
    -
     

    早稲田大学材料技術研究所兼任研究員

  • 1989年04月
    -
     

    早稲田大学理工学部助教授   School of Science and Engineering

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本電子顕微鏡学会

  •  
     
     

    日本結晶学会

  •  
     
     

    日本熱処理技術協会

  •  
     
     

    日本金属学会

  •  
     
     

    日本物理学会

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研究分野 【 表示 / 非表示

  • 金属材料物性

  • 磁性、超伝導、強相関系

  • 半導体、光物性、原子物理

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)、固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)

論文 【 表示 / 非表示

  • Formation of the $alpha$-Mn and R structures from the $beta$-Mn structure in Mn-Si alloys

    T. Doi, T. Kobayashi, M. Tanimura, Y. Koyama

    Physical Reveiw B / The American Physical Society   82   184205  2010年11月  [査読有り]

  • Crystallographic Features of Ferroelectric States around the Tetragonal/Rhombohedral Phase Boundary in Pb1-xLax(Zr1-yTiy)O3

    M. Arao, Y. Inoue, R. Ando, Y. Koyama

    Materials Science Forum   638-642   1737 - 1742  2010年01月  [査読有り]

  • Stability of the orbital-modulated state in the layered perovskite manganite Sr2-xRxMnO4 (R = Pr, Nd)x</SUB>RxMnO4 (R = Pr, Nd)

    Y. Inoue, M. Arao, G. Shindo, Y. Koyama

    Materials Science Forum   638-642   1760 - 1765  2010年01月  [査読有り]

  • Metastable dodecagonal-atomic-column state related to the formation of the σ structure in the Cr-Co alloy system

    T. Doi, M. Tanimura, Y. Koyama

    Physical Reveiw B / The American Physical Society   79 ( 13 ) 134204  2009年04月  [査読有り]

  • Phase transition with non-deterministic nature in the Ni(3)Al(0.45)V(0.50) alloy

    M. Tanimura, T. Doi, Y. Koyama

    EPL   82 ( 4 ) 40007  2008年05月  [査読有り]

     概要を見る

    We demonstrate a thermodynamic state change dominated by a non-thermodynamic variable found in the Ni(3)Al(0.45)V(0.50) alloy. Specifically, the L1(2) -&gt; L1(2) + D0(22) evolution, which is a sub-phenomenon of the fcc -&gt; L1(2) + D0(22) phase transition, takes place only when lattice defects are introduced to more than a certain critical density in the L1(2) diffusion field. Because the defect density changes along with the variation in the thermodynamic path, the path variation can alter the evolved state even under an identical thermodynamic condition. This path dependence of the state change shows the non-deterministic (chaotic) nature of the phase transition. Copyright (C) EPLA, 2008.

    DOI

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受賞 【 表示 / 非表示

  • 平成20年度 日本学術振興会 日本学術振興会 科学研究費補助金第1回審査員表彰

    2008年  

  • 日本金属学会功績賞

    1996年  

  • 村上記念研究奨励賞

    1990年  

  • 本多記念研究奨励賞

    1982年  

  • 日本金属学会論文賞

    1982年  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 12角形原子コラムを含む配位多面体構造および近似結晶構造の特徴

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    12角形準結晶の原子配列中には、12角形原子コラムや12角形構造ユニットの存在を見て取ることができる。本研究課題では、これら構造単位を結晶構造に含む、Mn-Si-V合金での近似結晶Hとν相、および金属間化合物σ相を取り上げて、(σ→H)構造変化の結晶学的特徴およびν相とH相の結晶学的相関について、主に透過型電子顕微鏡を用いて、その詳細を明らかにした。その結果、Hおよびν相の結晶構造中には12角形原子コラムおよび12角形構造ユニットを構造単位とする階層性が存在すること、これら近似結晶での階層性は12角形準結晶が示す自己相似性に直接関係することが示された

  • 12角形原子コラムを含む配位多面体構造および近似結晶構造の特徴

    基盤研究(C)

    研究期間:

    2015年
    -
    2017年
     

     概要を見る

    12角形準結晶の原子配列中には、12角形原子コラムや12角形構造ユニットの存在を見て取ることができる。本研究課題では、これら構造単位を結晶構造に含む、Mn-Si-V合金での近似結晶Hとν相、および金属間化合物σ相を取り上げて、(σ→H)構造変化の結晶学的特徴およびν相とH相の結晶学的相関について、主に透過型電子顕微鏡を用いて、その詳細を明らかにした。その結果、Hおよびν相の結晶構造中には12角形原子コラムおよび12角形構造ユニットを構造単位とする階層性が存在すること、これら近似結晶での階層性は12角形準結晶が示す自己相似性に直接関係することが示された

  • 合金の配位多面体構造における高次構造の検討

    基盤研究(B)

    研究期間:

    2006年
    -
    2007年
     

     概要を見る

    3d遷移金属を含む金属間化合物相の結晶構造には、12配位多面体等の複雑な配位多面体から成る配位多面体構造が存在し、これら構造には、タンパク質等で見られるような結晶構造の階層性が予想される。本研究では、構造中に12、14、15、および16配位多面体を含む、Fe-Mo合金の40at.%Mo組成付近に存在するμおよびR構造を取り上げ、その階層性の有無および特徴について検討した。具体的には、階層性の構成要素となる高次構造の同定を、bcc相からの固相反応で出現する準安定析出物の原子配列を通して決定した。その結果、準安定析出物の状態として、μ構造の形成では、無秩序原子コラム状態と原子コラムブロックの短範囲規則化状態、R構造では、無秩序原子コラム状態と原子コラム分域状態の存在が明らかとなった。そこで、これら準安定状態の存在を基に、高次構造の同定を行った。得られた高次構造は、μ構造の場合、一次構造が12配位多面体、二次構造は12配位多面体が一方向に連なった10角形原子コラム、三次構造が4個の10角形原子コラムから成るコラムブロック、さらに四次構造はコラムブロックが一方向に連なったコラムブロック層である。一方、R構造については、一次構造が16配位多面体、二次構造が3個の12配立多面体と1個の16配位多面体対を構造単位とする原子コラムとなった。また本研究では、これら高次構造の出現が、金属結合中での共有性結合ボンドの形成・発達と直接関係していることも指摘した。結局、これらの結果は、μおよびR構造において、実際階層性が存在すること、同じ配位多面体を含む両構造でも、一次構造を含め、その高次構造が異なることを示している。この事実は、金属間化合物相の配位多面体構造での階層性には、多くの多様性が存在することを示唆している

  • 合金の配位多面体構造における高次構造の検討

    基盤研究(B)

    研究期間:

    2006年
    -
    2007年
     

     概要を見る

    3d遷移金属を含む金属間化合物相の結晶構造には、12配位多面体等の複雑な配位多面体から成る配位多面体構造が存在し、これら構造には、タンパク質等で見られるような結晶構造の階層性が予想される。本研究では、構造中に12、14、15、および16配位多面体を含む、Fe-Mo合金の40at.%Mo組成付近に存在するμおよびR構造を取り上げ、その階層性の有無および特徴について検討した。具体的には、階層性の構成要素となる高次構造の同定を、bcc相からの固相反応で出現する準安定析出物の原子配列を通して決定した。その結果、準安定析出物の状態として、μ構造の形成では、無秩序原子コラム状態と原子コラムブロックの短範囲規則化状態、R構造では、無秩序原子コラム状態と原子コラム分域状態の存在が明らかとなった。そこで、これら準安定状態の存在を基に、高次構造の同定を行った。得られた高次構造は、μ構造の場合、一次構造が12配位多面体、二次構造は12配位多面体が一方向に連なった10角形原子コラム、三次構造が4個の10角形原子コラムから成るコラムブロック、さらに四次構造はコラムブロックが一方向に連なったコラムブロック層である。一方、R構造については、一次構造が16配位多面体、二次構造が3個の12配立多面体と1個の16配位多面体対を構造単位とする原子コラムとなった。また本研究では、これら高次構造の出現が、金属結合中での共有性結合ボンドの形成・発達と直接関係していることも指摘した。結局、これらの結果は、μおよびR構造において、実際階層性が存在すること、同じ配位多面体を含む両構造でも、一次構造を含め、その高次構造が異なることを示している。この事実は、金属間化合物相の配位多面体構造での階層性には、多くの多様性が存在することを示唆している

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 混晶系強誘電体Ba(Ti1‐xZrx)O3における巨大誘電応答とヘテロ構造ゆらぎ

    2011年   塚崎 裕文

     概要を見る

     変位型強誘電体BaTiO3 でのTiイオンの一部をZrイオンで置換した混晶系強誘電体Ba(Ti1-xZrx)O3 (BTZ)では、室温付近でのZr組成の増加に伴い、強誘電正方晶(FT)相から強誘電斜方晶(FO)相、強誘電菱面体晶(FR)相、さらに常誘電立方晶(PC)相へと相変化することが報告されている。ここでBTZでの興味深い特徴は、x=0.08組成付近において、3万を越える巨大な誘電異常を生じることである。しかし、この巨大応答を生む物理的起源については、現在でもその詳細は不明のままである。そこで本研究では、巨大応答の起源を理解するため、回折法におけるフリーデル則の破れを利用して、BTZにおける強誘電状態の結晶学的特徴を明らかにした。具体的には、透過型電子顕微鏡を用いて、BTZにおけるZr置換、すなわちランダム場の導入に伴う強誘電状態から常誘電状態への変化、ならびにヘテロ構造であるナノ・メソスケール強誘電分域構造の特徴について、その詳細を調べた。 観察の結果、BTZにおける強誘電状態は、室温でのZr組成xの増加に伴い、BaTiO3のFT状態からx=0.02付近でFO状態、x=0.06付近ではMA型単斜晶状態へと変化することが明らかとなった。また、x≧0.11にはPC状態からMA状態への直接転移も存在した。ここでMA状態が存在する組成域の中で、0.06<x<0.11での注目すべき特徴は、加熱による(MA→PC)逆変態過程においてナノスケール分域(NSD)状態が出現すること、冷却によるMA状態の出現が特異な緩和現象を伴うことである。特にNSD状態では、分域全体での平均としての立方対称性が、ナノ分域での単斜晶系とは異なっており、階層による対称性の相違が生じていた。冷却速度に依存する緩和現象については、冷却速度の遅い(PC→MA)順変態の場合、中間温度域に(PC+FT)共存状態が出現すること、一方、速い場合において順変態は完全に抑制されることが分かった。結局、BTZで観察される巨大誘電応答は、冷却過程で生じる特異な緩和現象に直接関係することが理解された。 x=0.08付近での強誘電相転移に引き続き、x≧0.11で生じる(PC→MA) 直接転移の特徴を調べた。まず誘電率測定から、(PC→MA) 転移温度はZr組成の増加と伴に減少し、x=0.20付近において室温付近となることが分かった。そこで0.19≦x≦0.25組成を有するBTZ試料を室温で観察することにより、Zr組成の変化を通して(PC→MA) 相転移の特徴を明らかにした。その結果、PC/MA相境界に近いPC状態は、および分極成分を持つナノ領域から成ることが明らかとなった。さらに、と分極成分を合成することにより、各ナノ分域の分極ベクトルの方向を決定した。ここで合成によって得られる分極方向はFR状態の方向の一つに平行である必要はない。実際、本研究ではFR相を特徴付ける{110}双晶構造、すなわち109°分域構造の存在を見出すことはできなかった。よって、PC/MA相境界に近いPC状態は、単斜晶ナノ分域から成るナノ強誘電分域状態であり、PC状態での立方晶系の対称性は、分域全体を平均化して得られる巨視的な対称性であることが分かった。結局、(PC→MA)強誘電相転移は、単斜晶系の対称性を持つナノ分域の合体、再配列、および成長を通して進行することが結論された。

  • 階層性を有するMn系合金の結晶構造と物性の特徴

    2009年  

     概要を見る

     金属Mnのα-Mnとβ-Mn相は、12配位多面体等の複雑な配位多面体から成る配位多面体構造を有している。ここで興味深い特徴は、金属MnにSiを添加したMn-Si合金にもR相と呼ばれる配位多面体構造相が出現し、その結果、Mn-Si合金の7at.%Si組成付近には (β-Mn→α-Mn+R)共析反応が存在することである。これら相の物理的特性については、α-Mn相でのノンコリニアーな反強磁性磁気秩序、R相ではその構造中に共有結合性ボンドの存在が指摘されている。そこで本研究課題では、(β-Mn→α-Mn+R)共析反応での配位多面体構造間の構造変化に注目し、その結晶学的特徴を透過型電子顕微鏡で調べ、さらに得られた結果を基に、これら構造変化の特徴および物理的特性との相関について検討した。 本研究では、まず構造変化での方位関係を決定した。その結果、(β-Mn→α-Mn)構造変化では一種類、(β-Mn→R)変化では三種類の方位関係の存在が明らかとなった。ここで後者での三種類の方位関係の中で、二種類の関係は、より高いMn組成域で出現すること、その出現確率は全体の30%程度であることが分かった。このため、これらの関係はSi置換によって誘起された、付加的なものと判断した。そこで、得られた方位関係を用いて構造変化での原子変位を決定したところ、両構造変化とも単純な原子変位によって説明できることが明らかとなった。特に興味深い特徴は、得られた方位関係が、β-Mn構造の14配位多面体対からα-MnおよびR構造での16配位多面体対への、構造単位の変化によって決定されることである。さらにα-MnとR相での物理的特性の違いについては、16配位多面体の内部に存在するFriauf多面体の相違によることも理解された。具体的には、α-Mn相でのFriauf多面体の原子サイトは基本的にMn原子によって、一方、R相ではすべて混合サイトによって特徴付けられている。

  • 強誘電ランダムアクセスメモリー材料での強誘電疲労特性とその分域構造

    2005年  

     概要を見る

    強誘電体Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)やSrBi2Ta2O9(SBT)等を用いた強誘電ランダムアクセスメモリ材料は、次世代を担うメモリ材料として広く注目を集めている。ここでメモリ材料として要求される特性は、電場による分極反転に際して、誘電疲労と生じないということである。実際、パルスレーザー堆積法で作製したBi4-yLayTi3O12(BLT)の薄膜試料は、誘電疲労を示さないことが示されている。そこで本研究では、誘電疲労のない強誘電分域構造の特徴を明らかにするため、代表例であるPZTとBLTについてその結晶学的特徴を透過型電子顕微鏡を用いて調べた。具体的には、動力学的効果によるフリーデル則の破れを利用し、これら酸化物での強誘電分域構造の決定を行った。[PZTでの強誘電分域構造] 本研究では、まずPZTにおける強誘電菱面体晶相の室温での分域構造を、x=0.42試料を用いて決定した。その結果、分極ベクトルの方向は方向、分域構造は大きさ100nm程度の109°および180°分域構造から成ることを確認した。そこで、この分域構造の形成過程を調べるため、室温の分域構造を加熱したところ、分極成分領域の大きさの減少に伴い638K付近で10nm程度の斑点状分域へと連続的に変化し、Tc=653Kを越えた700Kにおいて斑点状分域は消失することが明らかとなった。また、この変化は可逆的に生じることも示された。[BLTでの強誘電分域構造] PZTに関する研究に引続き、誘電疲労を生じることのないBLTでの強誘電分域構造の特徴について、La量y=0および0.6を有する試料を用いてその詳細を調べた。ここでは以下に、y=0試料の結果について述べる。まずBLTの強誘電単斜晶相から得られた電子回折図形中には、I4/mmm構造による基本格子反射に加え、q=[1/2 1/2 0]と[1/2 1/2 l]に超格子反射が存在し、その構造中に酸素八面体の回転変位および傾斜変位を含むことが分かった。さらに基本格子反射を用いた暗視野像から、分極ベクトルの方向はI4/mmm構造の[100]方向であること、その分域の形状は方向に伸びたバンド状の形状を有していることが明らかとなった。

  • 強誘電ランダムアクセスメモリー材料での強誘電疲労特性とその分域構造

    2004年  

     概要を見る

    次世代を担う記録媒体として、近年強誘電体を用いた強誘電ランダムアクセスメモリー(FeRAM)材料が、広く注目を集めている。ここで、この材料に要求される最も重要な因子は、電場による分極反転に際して誘電疲労を生じないという特性で、このため候補材料としてのPb(Zr1-xTix)O3(PZT)、SrBi2Ta2O9(SBT)、およびBi4Ti3O12(BT)に関して、その誘電特性の詳細が検討されている。その結果、Laを添加したBi4-yLayTi3O12(BLT)において、実際、誘電疲労を示さない薄膜材料の開発が行われている。そこで本研究では、より良質なFeRAM材料の開発を目指し、誘電疲労を生むことのない強誘電分域構造の特徴を明らかにするため、上述のPZTとBLTについてその結晶学的特徴を透過型電子顕微鏡を用いて調べた。具体的には、動力学的効果によるフリーデル則の破れを利用し、二波励起の条件のもとで暗視野像を撮影することにより、これら酸化物での強誘電分域構造の決定を行った。[PZTでの強誘電分域構造] 本研究では、まずPZTのx=0.50付近に存在する強誘電正方晶、単斜晶相、および菱面体晶相について、その強誘電分域構造の決定を行った。決定したこれら相での分極ベクトルの方向は、正方晶相が[001]方向、単斜晶相が[001]+[110]、および菱面体晶相が[111]方向である。分域構造については、正方晶相が{110}90°と{100}180°、また菱面体晶相は{110}109°および{112}180°分域壁から成る構造を有していることが確認された。一方、正方晶/単斜晶相境界付近に現われる単斜晶相は、ナノスケールを持つ正方晶領域と2つの単斜晶領域の交互配列によって特徴付けられていることが明らかとなった。[BLTでの強誘電分域構造] PZTに関する研究に引続き、誘電疲労を生じることのないBLTでの強誘電分域構造について、La量y=0.75および1.0を有するBLT試料を用いてその詳細を調べた。まず強誘電斜方晶相から得られた電子回折図形中には、I4/mmm構造による基本格子反射に加え、q=[1/2 1/2 0]位置に超格子反射が存在し、その構造は酸素八面体の傾斜変位を含むことが分かった。さらに200および-200基本格子反射による暗視野像はBLTにおける強誘電分域構造の存在を明らかにした。その特徴は、分極ベクトルの方向がI4/mmm構造の[100]方向であること、その分域の形状が方向に伸びた楕円形状あるいはバンド形状を有していることである。

  • ラーベス相合金における階層間構造変化の結晶学的特徴

    2003年  

     概要を見る

    本研究では、主にTi-30at.%Cr合金における(bcc→hcp+C15)反応での構造変化に注目し、その結晶学的特徴を透過型電子顕微鏡を用いて調べた。具体的には、この反応において出現する準安定平衡相および平衡相の結晶学的特徴、ならびにその出現の順序について明らかにした。まず、構造変化は、bcc→bcc+Zone→bcc+LBS→bcc+CSS→bcc+CSS+hcp→bcc+hcp+NSR→bcc+hcp+C15→hcp+C15の7段階で進行することが示された。ここで、ZoneはCr一原子層から成るゾーン構造、LBRは局所的なbct領域(local bct region)、CSSはCr 1原子層とTi 3原子層が交互に配列した化学的縞状構造(chemical stripe structure)、そしてNSRはC15型構造に類似した構造を持つ、大きさ2nm程度のナノメーターサイズ領域(nm-size region)である。この構造変化での特徴については、hcp領域がCSSを核生成サイトとして、またNSRはhcp領域を取りまくように出現することである。特に、NSRはC15型構造形成の前駆段階に対応し、ラーベス相形成に重要な役割を果たすことが示された。また、最終的に得られた(hcp+C15)状態は非常に微細な組織を有することも明らかとなった。上述の実験結果を踏まえて、Ti-40at%Cr合金を用いbccおよびC15型構造の結晶方位関係を調べた。その結果、形成の初期段階における二十面体原子クラスターの出現を示す、7つの方位関係の存在が明らかとなった。そこで、Ti-30at%Cr合金におけるNSR領域を詳細に調べたところ、この形成は二十面体対称性を有することが分かった。よって、ラーベス相の形成は二十面体クラスターを介して生じることが結論された。

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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