Micro-scale heat engines with charge density waves: for application to stochastic thermodynamics

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K03528
• Research Institution: Fukui National College of Technology
• Principal Investigator: 松浦 徹 福井工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (60534758)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 電荷密度波 / MEMS / 機械振動 / フォトリソグラフィ

Outline of Annual Research Achievements

本年度は電荷密度波物質の作製、機械振動子測定系の構築、フォトリソグラフィ露光装置の構築を行った。まず、物質作成においては、電荷密度波物質Nb3、TaS3、NbSe3の結晶を安定して作成することに成功した。また作成した物質に対して、低温での電気抵抗測定と元素分析を行い、目的の物質ができていることを確認した。
作成した電荷密度波物質の結晶を機械振動子デバイスとして用いるために、マクロな大きさ（ｍｍオーダー）の試作デバイスを作成し、振動測定の構築を行った。精密なDC電流源（Keithley 6220)により電流を試料に流し、ゲート電圧(直流＋交流)を印加することで、クーロン力により機械振動を誘発する。機械振動の共振周波数のところで試料の振動振幅は大きくなるので、その周波数での電気抵抗変化の測定を試みた。しかしながら、今回複数の資料で測定した結果、機械振動の電気的な検出には至らなかった。その原因として、機械振動が電荷密度波ダイナミクスに与える影響は想定より小さいと考えられる。測定法を見直し、ブリッジ測定・ロックイン測定・ノイズ測定などさらに高精度の測定法が必要である。さらに、機械振動子デバイスをさらに縮小化するために、フォトリソグラフィが必要である。試料測定系の構築と並行して、簡易マスクレスフォトリソグラフィシステムの構築を行った。小型DLPプロジェクタ（ASUS S1）から出る映像を、光学顕微鏡の直筒に接眼レンズを通して照射し、レジスト膜をコーティングした基板上に投影する。フォトレジストは、ALDRICH社のNegativePhotoresist kitを使用した。 LED光源でレジスト膜がどの程度現像されるか不明であったため、露光条件を調節し、最適な露光時間を実験的に求め、設計した回路パターンの現像まで行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

機械振動を電荷密度波電流によって検出する試みは、変化量が小さいため、今のところ実現できていない。既報告の研究を参考に、ロックインアンプを用いた特殊な測定法を行うための準備を行っている。

Strategy for Future Research Activity

試料の精密抵抗測定を行うため、さらなる測定系の改良を行う。測定方法として、ブリッジ法を用いた精密抵抗測定法、ロックインアンプを用いたヘテロダイン測定法、またスペクトラムアナライザを用いた試料電圧降下の揺らぎを直接観測するノイズ測定の3つの方法を試みる。
作成した機械振動子がどの程度振動しているかを確認するため、電気的検出とは別に、機械振動の光学測定を行いたい。その実験を共同研究者とともに行う予定である。
また、簡易フォトリソグラフィを発展させ、幅数100ナノメートル、長さ数マイクロメートルの電荷密度波結晶を用いたMEMS構造の作製を行う。

Causes of Carryover

年度末までにわずかに残額が残ってしまったため、次年度に繰り越し、早期に使う予定である。