2017 Fiscal Year Annual Research Report
Sensing of Nano and Microscale Thermal Transport and Phonon Spectroscopy
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17H01248
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
長坂 雄次 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40129573)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田口 良広 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30433741)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 熱物性 / 熱伝導率 / フォノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
●環境制御型近接場光熱顕微鏡の開発【1次元材料】
広範な温度域での1次元ナノ材料の熱輸送性質を明らかにするために，近接場光技術を用いた温度分布の超解像イメージング技術を新たに開発した。提案技術をフォノンスペクトロスコピー技術へと深化させるためには，広範な温度領域で1次元ナノ材料の熱輸送性質を測定する必要がある。従来技術ではプローブを近接場領域に保持するために，水晶振動子を用いた近接場制御システムを用いてきた。しかしながら，幅広い温度レンジでスキャンを行う場合，水晶振動子の温度依存性の影響が極めて大きく，安定して近接場領域にプローブを制御することは不可能である。そこで光学式近接場制御システムを導入し，環境制御型近接場光熱顕微鏡に適用可能な制御技術を構築した。また，高空間分解能化を達成するために，プローブを周期的に振動変調しロックイン検出によってノイズを低減することに成功した。
●超高速周期加熱サーモリフレクタンス法による超伝導薄膜の異方性センシング【2次元ナノ材料】
2次元ナノ材料である超伝導薄膜を周期的にレーザーで加熱し，試料表面の温度応答を光学的に検知することで，2次元ナノ材料の熱伝導率をセンシング可能な測定システムを構築した。提案手法を超伝導送電デバイスへ応用するためには，強磁場下において薄膜面内方向の熱伝導率測定とフォノンスペクトロスコピーによってフォノン散乱要因を明らかにし，超伝導薄膜のナノスケール熱輸送機序を解明する必要がある。本年度は，超伝導薄膜を自立メンブレン構造に加工し，周期加熱レーザーと観察用レーザーの位置を面内にスキャンすることで，面内方向の熱伝導率を測定する方法を提案した。感度解析を行い面内方向の熱拡散長とスキャンレンジを考慮し，適切な周波数範囲を決定した。また，測定に適したメンブレン構造を明らかにした。
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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
平成29年度は，当初計画していた研究実施項目に関して全て達成することができ，おおむね順調に進展している。環境制御型近接場光熱顕微鏡の開発に関しては，新しい制御手法を確立し，高感度な熱輸送性質センシング手法を構築することができた。本達成項目により，ミリメートルレベルの広い領域をナノレベルの空間分解能でセンシングが可能となり，当初の計画以上に進展している項目もある。また，超高速周期加熱サーモリフレクタンス法による超伝導薄膜の異方性センシングに関しては，強磁場下における面方向熱伝導率測定の実現に向けて，新しい測定原理を提案するに至った。また，高感度測定に向けたメンブレン構造を明らかにしており，本研究課題はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
超高速周期加熱サーモリフレクタンス法による超伝導薄膜の異方性センシング【2次元ナノ材料】について本年度実施した解析により，超伝導薄膜の異方性センシングに際して均一なメンブレン構造を形成する必要があることが明らかになった。今後は，自立メンブレン構造の作製方法について開発を行っていく。環境制御型近接場光熱顕微鏡の開発【1次元材料】については，さらなるセンシング手法の深化を目指す。さらに3次元材料のフォノンスペクトロスコピー技術についても，次年度以降から着手する。
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