酸化物ヘテロ界面物性の超低速ミュオン顕微鏡測定

• Project Area: Frontier of Materials, Life and Elementary Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope
• Project/Area Number: 26108702
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 一杉 太郎 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (90372416)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2015: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2014: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 固体イオニクス / 固体電気化学 / 固体電解質 / 電気化学 / 界面 / 空間電荷層 / 酸化物 / 超低速ミュオン / 電池材料

Outline of Annual Research Achievements

金属酸化物同士の界面における様々な特異現象(超伝導、磁性、電荷移動、イオン移動等)に注目が集まっている。本研究は超低速ミュオンが有する高い深さ分解能を活用して、その界面現象の起源を明らかにすることを狙っている。

本年度、固体電解質と金属電極界面におけるイオン移動について集中的に検討を行った。この界面では、固体電解質内に空間電荷層と呼ばれるイオン濃度が減少した領域が界面近傍に形成されることが知られている。しかし、この層が固体電解質/電極界面からどの程度の深さまで達するのか、また、どの程度のイオン濃度になるのか、定量的な研究は行われていない。

そこで、超低速ミュオン研究と補完する役割を持つ、核反応分析法(NRA)を活用し、Liイオン濃度の深さ分布について、検討を行った。その結果、界面から10マイクロメートルの深さまでイオン濃度が変調していることがわかった。そして、それは印加する電界によって変化することも明らかになった。これは従来の常識を覆す結果であり、今後も集中して検討を行う予定である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Paul Scherrer Institut(スイス)
• [Int'l Joint Research] Rutherford Appleton Laboratory(英国)
• [Int'l Joint Research] KTH Royal Institute of Technology(スウェーデン)
• [Journal Article] Preparation and in-situ characterization of well-defined solid electrolyte/electrode interfaces in thin-film lithium batteries (2016)
  • Author(s): Masakazu Haruta, Susumu Shiraki, Takeo Ohsawa, Tohru Suzuki, Akichika Kumatani, Yoshitaka Takagi, Ryota Shimizu, and Taro Hitosugi
  • Journal Title: Solid State Ionics Volume: 285 Pages: 118-121
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2015.06.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Orientation control of LiCoO2 epitaxial thin films on metal substrates (2016)
  • Author(s): Susumu Shiraki, Yoshitaka Takagi, Ryota Shimizu, Tohru Suzuki, Masakazu Haruta, Yukio Sato, Yuichi Ikuhara and Taro Hitosugi
  • Journal Title: Thin Solid Films Volume: 600 Pages: 175-178
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2016.01.032
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Li-ion diffusion in Li4Ti5O12 and LiTi2O4 battery materials detected by muon-spin spectroscopy (2015)
  • Author(s): Jun Sugiyama, Hiroshi Nozaki, Izumi Umegaki, Kazuhiko Mukai, Kazutoshi Miwa, Susumu Shiraki, Taro Hitosugi, , Andreas Suter, Thomas Prokscha, Zaher Salman, James S. Lord, and Martin Mansson
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 92 Issue: 1 Pages: 014417-014417
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.014417
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 固体電解質中Liイオン濃度分布の電圧印加下その場測定 (2016)
  • Author(s): 杉山 一生, 齋藤 正裕, 青木 靖二, 大塚 祐二, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • Organizer: 電気化学会第83回大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 (大阪府、吹田市)
  • Year and Date: 2016-03-29
• [Presentation] 固体電解質中のLi イオン濃度分布: 電圧印加下その場測定 (2016)
  • Author(s): 杉山 一生, 齋藤 正裕, 青木 靖二, 大塚 祐二, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京都、目黒区)
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Intrinsic interface resistance across Li3PO4/LiCoO2 interfaces (2016)
  • Author(s): Taro Hitosugi
  • Organizer: Japanese Swiss Energy Materials Workshop
  • Place of Presentation: Zurich (Switzerland)
  • Year and Date: 2016-03-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Intrinsic interface resistance across LiPON/LiCoO2 interfaces (2015)
  • Author(s): Taro Hitosugi
  • Organizer: The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-9)
  • Place of Presentation: Tsukuba (Japan)
  • Year and Date: 2015-10-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] LiTi2O4とLi4Ti5O12 薄膜のβ-NMR (2015)
  • Author(s): 梅垣いづみ，白木 将，一杉太郎，Ryan McFadden，Zahar Salman，Hassa n Saadaoui，Gerald D. Morris，Andrew W. MacFarlane，Robert F. Kiefl，杉山 純
  • Organizer: 日本物理学会2015年春季大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24