Elucidation of peculiar strain sensitivity of strongly correlated electronic nanomaterials and creation of giant mechanical-electrical response

• Project/Area Number: 23K22633
• Project/Area Number (Other): 22H01362 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 服部 梓 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80464238)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 賢 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (00222216)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2023: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2022: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
• Keywords: フレクソエレクトリック効果 / 強相関金属酸化物 / ナノ・マイクロ構造 / フレクソ効果 / 曲げ変形

Outline of Research at the Start

電子の強相関性から巨大な機械-電気応答性を潜在的に持つ金属酸化物のナノ材料を対象とし、ナノ構造試料へのひずみ印加オペランド構造・物性評価実験を通じて、応力⇔変形構造⇔変調物性の相互関係の解明、ゲージ率1000以上という機能創出へと展開する。現象解明のボトルネックとなっていたナノ構造試料へのひずみ印加実験により、①強相関金属酸化物の伝導変化、②大きなひずみ勾配から発生するフレクソエレクトリック効果、というナノ空間で応答性が巨大化する2つの支配因子を結ぶ学理を構築し、省電力化、創電力へとつながるメカニカルメモリ機能の実証を行う。

Outline of Annual Research Achievements

力学的刺激が生み出す物性変化は、センサ、メモリ、振動発電など多様な用途に応用でき、マテリアル革新力強化の重要課題の一つでSociety5.0を支えるナノテクノロジーとなり得る。本研究では、電子の強相関性から巨大な機械-電気応答性を潜在的に持つ金属酸化物のナノ材料を対象とし、ナノ構造試料へのひずみ印加オペランド構造・物性評価実験を通じて、応力⇔変形構造⇔変調物性の相互関係の解明、ゲージ率1000以上という機能創出を目的とし、2023年度は、・昨年度開発した4点曲げ負荷試験システムの改良、・改良した負荷試験システムで、歪勾配印加下でのオペランド構造および電気測定の実施、を行った。改良により温度制御性、ひずみ勾配の制御性を向上させた計測を可能とした。
歪印加装置を用いて、典型的な相転移材料であるVO2のマイクロ構造試料に対し歪み負荷での伝導特性評価、結晶構造評価を行った。100μｍサイズのマイクロ構造試料で最大2 Kの転移温度の変調に成功した。一方で、結晶構造評価の結果から評価した構造変形度の3次元方向の分布では、既報にあるひずみに対する応答性が1桁以大きくなったと判断された。この結果は、ひずみ勾配によって発生したフレクソエレクトリック効果から力学-分極-電子自由度が生み出されたことを示唆している。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 大連交通大学(中国)
• [Int'l Joint Research] インド理科学院(インド)
• [Journal Article] Controlling dual Mott states by hydrogen doping to perovskite rare-earth nickelates (2023)
  • Author(s): Matsuzawa Ikuya、Ozawa Takahiro、Nishiya Yusuke、Sidik Umar、Hattori Azusa N.、Tanaka Hidekazu、Fukutani Katsuyuki
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 7 Issue: 8
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.7.085003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epitaxial growth of EuNiO3 on SrTiO3 and its application to stacked protonation resistance switching devices (2023)
  • Author(s): Taniguchi Yuki、Li Hao-Bo、Shimoyama Kohei、Hattori Azusa N.、Tanaka Hidekazu
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 122 Issue: 26 Pages: 263502-263502
  • DOI: 10.1063/5.0152640
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comprehensive determination of proton diffusion in protonated NdNiO₃ thin film by a combination of electrochemical impedance spectroscopy and optical observation (2023)
  • Author(s): Taniguchi Yuki、Li Hao-Bo、Hattori Azusa N.、Tanaka Hidekazu
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 16 Issue: 3 Pages: 035501-035501
  • DOI: 10.35848/1882-0786/acc004
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strain effect on proton-memristive NdNiO₃ thin film devices (2023)
  • Author(s): Sidik Umar、Hattori Azusa N.、Li Hao-Bo、Nonaka Shin、Osaka Ai I.、Tanaka Hidekazu
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 16 Issue: 1 Pages: 014001-014001
  • DOI: 10.35848/1882-0786/acae53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Accessibility of ARPES for Three-dimensionally Architected Si{111}7×7 Facet Surfaces on Micro-patterned Si(110) (2022)
  • Author(s): Hattori Ken、Sakai Yuya、Pamasi Liliany N.、Irmikimov Aydar、Higashi Takaaki、Yang HaoBang、Shi XiaoQian、Guo FangZhun、Osaka Ai I.、Tanaka Hidekazu、Iimori Takushi、Komori Fumio、Hattori Azusa N.
  • Journal Title: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology Volume: 20 Issue: 4 Pages: 214-220
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2022-038
  • ISSN: 1348-0391
  • Year and Date: 2022-07-28
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Realization of Non-degrading Huge Resistance Changes in the Metal Oxide Nanostructures Utilizing the Perfect Crystal Growth Techniques (2022)
  • Author(s): OSAKA Ai I.、HATTORI Azusa N.
  • Journal Title: Vacuum and Surface Science Volume: 65 Issue: 7 Pages: 321-326
  • DOI: 10.1380/vss.65.321
  • ISSN: 2433-5835, 2433-5843
  • Year and Date: 2022-07-10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tunable Proton Diffusion in NdNiO₃ Thin Films under Regulated Lattice Strains (2022)
  • Author(s): Sidik Umar、Hattori Azusa N.、Hattori Ken、Alaydrus Musa、Hamada Ikutaro、Pamasi Liliany N.、Tanaka Hidekazu
  • Journal Title: ACS Applied Electronic Materials Volume: 4 Issue: 10 Pages: 4849-4856
  • DOI: 10.1021/acsaelm.2c00711
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Prominent Verwey Transition in 50 nm Fe3O4 Ultrathin Film Grown on Atomically Smooth Substrate (2023)
  • Author(s): Azusa N. Hattori
  • Organizer: IEEE 5NANO2023 International Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Emergent ferromagnetic properties in the three-dimensionally architected Fe nanofilms (2023)
  • Author(s): Azusa N. Hattori
  • Organizer: ATEM-iDICs '23, JSME-MMD & iDICs
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prominent metal-insulator transition properties in the three-dimensional nanostructured strongly correlated oxides (2022)
  • Author(s): Azusa N. Hattori
  • Organizer: Bangladesh Crystallographic Association 7th Conference of BCA
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Modulation of metal-insulator transition properties in the three-dimensionally controlled nano-micro space (2022)
  • Author(s): Azusa N. Hattori
  • Organizer: International Conference on Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Emergent Ferromagnetic properties for the Fe nanofilms on the architected three-dimensional patterned surfaces (2022)
  • Author(s): A. N. Hattori, L. N. Pamasi, N. Hosoito, A. Irmikimov, K. Hattori, X.Q. Shi, F.Z. Guo, A. I. Osaka, H. Tanaka
  • Organizer: The 19th International Conference on Precision Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ナノ構造化による強相関Ni酸化物への水素ドープ抵抗変調特性制御 (2022)
  • Author(s): 服部 梓、難波 央、Sidik Umar、田中秀和
  • Organizer: 第8回材料WEEK