2022 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of highly functional thin film materials by controlling the interface
| Project Area | New Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores |
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| Project/Area Number |
19H05791
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
太田 裕道 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (80372530)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺崎 一郎 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30227508)
齊藤 圭司 京都大学, 理学研究科, 教授 (90312983)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 界面制御 / 熱輸送特性 / 電子輸送特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質の原子スケールにおける熱伝導や電子伝導を可視化することができれば、新しい材料やデバイス開発に繋がる。本研究では、目に見える大きさのものとは全く異なる熱輸送特性や電子輸送特性を示す原子スケールの特殊な界面を「機能コア」と位置づけ、超精密な薄膜・デバイス作製技術を駆使して機能コアを導入したモデル材料を作製し、相界面における熱輸送特性や電子輸送特性を調査し、巨大機能の発現とその制御を目指している。太田Gr.では、遷移金属酸化物エピタキシャル薄膜の熱伝導率を計測した。各種薄膜およびデバイスの機能コアの可視化については、A01(ア)(イ)班、A02(ウ)(エ)班、必要時に随時海外共同研究者に分析・解析を依頼した。寺崎Gr.では、機能性熱伝導物質を設計し、単結晶育成を行った。齊藤Gr.では、太田Gr.で得られた熱伝導率の結果を踏まえて機能コアの界面熱抵抗のモデル化を行った。また、太田Gr.では熱トランジスタの研究成果に関してプレス発表を行った（2023年2月22日）。液体を一切使用しない全固体電気化学熱トランジスタを開発した。結晶構造を維持したまま酸素含有率が変えられるコバルト酸ストロンチウム（SrCoOx、2<x<3）薄膜と、酸化物イオン伝導性固体電解質を組合せ、電気化学的酸化・還元を行った結果、オン時の高い熱伝導率~3.8 W/m Kとオフ時の低い熱伝導率~0.95 W/m K（オン/オフ熱伝導率比４）を繰り返し切替えることに成功した。このオン/オフ比は電解液やイオン液体などの「液体」を用いた熱トランジスタと比較してそん色ない値である。将来的には電気制御できる熱のシャッターなどの熱制御デバイスとしての応用が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当班のミッションである、①高性能酸化物熱電材料の開発、②熱制御デバイスの開発において、共に研究成果は着実に出ており、論文発表も問題なくできている。（2022年度はグループ全体で20報の論文を発表）
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| Strategy for Future Research Activity |
太田Gr.では、種々の遷移金属酸化物薄膜を活性層とする熱トランジスタを作製し、電気化学酸化還元前後の熱伝導率を計測する。各種薄膜およびデバイスの機能コアの可視化については、A01(ア)(イ)班、A02(ウ)(エ)班、必要時に随時海外共同研究者に分析・解析を依頼する。寺崎Gr.では、引き続き機能性熱伝導物質の設計と、その単結晶育成を行う。また、太田Gr.で作製された高性能酸化物熱電材料Ba1/3CoO2自立膜の面内方向の熱伝導率を精密計測する。齊藤Gr.では、引き続き太田Gr.で得られた熱伝導率の結果を踏まえて機能コアの界面熱抵抗のモデル化を随時行うとともに、界面熱抵抗のシミュレーションを行い、結果を太田Gr.にフィードバックする。具体的には、実験の設定に基づき定性的定量的な理論解析を行う。
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[Journal Article] Efficient electrocatalytic H2O2 evolution utilizing electron-conducting molecular wires spatially separated by rotaxane encapsulation2023
Author(s)
Sheng-Ying Chou, Hiroshi Masai, Masaya Otani, Hiromichi V. Miyagishi, Gentaro Sakamoto, Yusuke Yamada, Yusuke Kinoshita, Hitoshi Tamiaki, Takayoshi Katase, Hiromichi Ohta, Tomoki Kondo, Akinobu Nakada, Ryu Abe, Takahisa Tanaka, Ken Uchida, Jun Terao
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Journal Title
Appl. Catal. B: Environmental
Volume: 327
Pages: 122373-1~9
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Solid-State Electrochemical Thermal Transistors2023
Author(s)
Qian Yang, Hai Jun Cho, Zhiping Bian, Mitsuki Yoshimura, Joonhyuk Lee, Hyoungjeen Jeen, Jinghuang Lin, Jiake Wei, Bin Feng, Yuichi Ikuhara, Hiromichi Ohta
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Journal Title
Adv. Funct. Mater.
Volume: 33
Pages: 2214939-1~8
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Solid-State Electrochemical Thermal Transistors based on Sr(Co1-xFex)Oy (0 < x < 1, 2 < y < 3) Films as Active Layers2022
Author(s)
Zhiping Bian, Qian Yang, Mitsuki Yoshimura, Joonhyuk Lee, Hyoungjeen Jeen, Jinghuang Lin, Bin Feng, Yuichi Ikuhara, Hai Jun Cho, and Hiromichi Ohta
Organizer
令和4年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
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[Presentation] Solid-State Electrochemical Thermal Transistors based on Sr(Co1-xFex)Oy (0 < x < 1, 2 < y < 3) Films as Active Layers2022
Author(s)
Zhiping Bian, Qian Yang, Mitsuki Yoshimura, Joonhyuk Lee, Hyoungjeen Jeen, Jinghuang Lin, Bin Feng, Yuichi Ikuhara, Hai Jun Cho, and Hiromichi Ohta
Organizer
薄膜材料デバイス研究会 第19回研究集会 in 京都
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