2023 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 |
原子スケールの特殊な相界面を機能コアと位置づけ、パルスレーザー堆積法に基づく超精密な薄膜・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における巨大機能の発現とその制御を目指す。具体的には、薄膜成長とその熱・電子輸送特性の計測・解析（太田Gr.）、金属酸化物バルク単結晶の育成とその熱・電子輸送特性の計測・解析（寺崎Gr.）、界面熱抵抗の理論解析とモデル提案（齊藤Gr.）を行うことで機能コアをモデル化するとともに、原子スケールの相界面を可視化し、巨大機能の起源を理論的に解明する。
(1) 全固体熱トランジスタを実現 [Adv. Funct. Mater. 2023] 熱の伝わり方を電気スイッチで切り替える全固体電気化学熱トランジスタを実現した。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するため、結晶構造を維持したまま酸素含有率が変えられるSrCoOx (2 < x < 3)薄膜と、酸化物イオン伝導性固体電解質であるYSZを組合せた。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。
(2) 実用的な熱電材料の単結晶化に成功 [ACS Appl. Electron. Mater. 2023] Ba1/3CoO2薄膜が空気中・600℃においても安定であり、数ある酸化物熱電材料の中で最も高い熱電変換性能指数ZT (~0.55、空気中・600℃)を示すことを発見した。Ba1/3CoO2の実用化に向けた課題の一つである単結晶化を実現するため、サファイア基板上に作製したBa1/3CoO2単結晶膜を基板から剥離し、その熱電特性を計測した。その結果、Ba1/3CoO2単結晶膜は剥離後においても剥離前と変わらず高い熱電性能を維持することが分かった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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[Presentation] Difficulty of Bulk Ceramic Fabrication of Ba1/3CoO2 Showing High Thermoelectric ZT2024
Author(s)
Kungwan Kang, Diwen Chen, Masato Imaizumi, Akitoshi Nakano, Chuchu Yang, Yuqiao Zhang, Yusaku Magari, Takashi Endo, Bin Feng, Yasutaka Matsuo, Yuichi Ikuhara, Ichiro Terasaki, Hiromichi Ohta
Organizer
2024年 第71回 応用物理学会春季学術講演会
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[Presentation] SrCoOx/YSZ-based Solid-State Electrochemical Thermal Transistors2023
Author(s)
Hiromichi Ohta, Qian Yang, Hai Jun Cho, Zhiping Bian, Mitsuki Yoshimura, Joonhyuk Lee, Hyoungjeen Jeen, Jinghuang Lin, Jiake Wei, Bin Feng, Yuichi Ikuhara
Organizer
29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE29)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 全固体電気化学熱トランジスタの開発2023
Author(s)
太田裕道, 楊 倩, Hai Jun Cho, Zhiping Bian, 吉村充生, Joonhyuk Lee, Hyoungjeen Jeen, Jinghuang Lin, Jiake Wei, Bin Feng, 幾原雄一
Organizer
第49回固体イオニクス討論会
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