| Project/Area Number |
22K14567
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | University of Hyogo (2023)
Osaka University (2022) |
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Principal Investigator |
Osaka Ai 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (70868299)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 表面加工 / 強相関電子系材料 / 二酸化バナジウム / 相転移 / VO2 / 薄膜 / 金属絶縁体相転移 / 表面処理 / ナノ構造体 / マルチセンサ |
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| Outline of Research at the Start |
室温近傍で金属絶縁体相転移により巨大な抵抗変化を示す二酸化バナジウム(VO2)はセンサ材料の有力候補である。本研究ではVO2の温度抵抗係数(TCR)の向上と転移点分布の選択制御を実現する。独自技術を駆使し、基板表面性情とVO2ナノ試料形状を精密に制御し相転移特性を決定づける結晶ひずみ量を変調することで、60 Kの温度範囲で相転移点を持ち、TCR=100%/KVO2ナノ-マイクロ集積構造を創製する。
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| Outline of Final Research Achievements |
To create multi-sensor functionality by leveraging the conduction properties of vanadium dioxide (VO2), the surface structure of growth substrates and the three-dimensional structure of VO2 samples were systematically varied to evaluate changes in phase transition characteristics. Using proprietary surface treatment techniques, the surface roughness of Si substrates was controlled at the nanometer-scale. We clearly demonstrated that the phase transition temperature of VO2 films decreased as the substrate surface roughness increased. Additionally, by altering the sample structure at the micro-level, we revealed that decline of the sample size resulted in a lower phase transition temperature for VO2 samples, under constant film thickness conditions. Based on these findings, a methodology to integrate VO2 samples with controllable phase transition temperatures was demonstrated, aiming to extract functional properties that contribute to high-sensitivity multi-sensor performance.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
強相関金属酸化物の相転移物性は、魅力的であるが、制御が難しいという特徴がある。本研究は物性研究を加工学と融合させることで今まで外乱とされてきた構造因子を人為制御し、強相関金属酸化物の薄膜物性を制御する、いわば薄膜物性を基板に書き込むといった新たな制御手法のコンセプトを実証するものである。機能が書き込まれた基板上で試料サイズを作り分けることでさらに多様な物性制御が実現でき、今までの画一的な物性制御手法では実現不可能であったマルチ機能inモノ材料を実現する。これは多くの機能性酸化物薄膜に共通展開できる技術であり、将来応用としてセンサ、目盛り、人工知能デバイスなど、その波及効果は非常に大きい。
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