2021 Fiscal Year Annual Research Report
金属/酸化物/金属３層薄膜における特異熱輸送の学理構築
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19H02087
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山下 雄一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60462834)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | サーモリフレクタンス法 / 熱伝導率 / ナノスケール / 多層薄膜 / 界面熱抵抗 / フォノン熱伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属/酸化物/金属の3層薄膜構造における特異熱輸送の発現機構の解明・学理構築に向けて、実験的アプローチ及び解析的アプローチの両面から取り組んだ。Mo/アモルファスHfO2/Moの3層膜の実験的アプローチの結果は、先行研究と俯瞰的に比較・評価し、学理構築に向けた見通しを含めて国際学会「The 21st Symposium on Thermophysical properties」に発表した。特に異なる金属及び酸化物、下地金属の表面ラフネスの違いが特異熱輸送の発現する中間層の厚さに影響することを明らかにした。
解析的アプローチでは、産総研が保有するサーモリフレクタンス測定信号シミュレータを使い、下地金属の表面ラフネスが計測信号に与える影響について定量評価し、その結果は国内学会「第42回日本熱物性シンポジウム」において発表した。
本研究で得られた知見に基づいて2層膜Mo/α-MoO3の熱物性と界面熱抵抗を評価した結果が、Journal of applied physics誌に論文に掲載された。また、薄膜熱物性と界面熱抵抗、及びそれらを収録したデータベース開発について、国際学会「Material Research Meeting 2021」での招待講演を1件実施した。
得られた研究成果の内、論文として出版されたデータについては産総研分散型熱物性データベースに収録し・公開した。
以上これらの研究実績はいずれも特異熱輸送の発現機構の解明・学理構築における新しく重要な知見であった。また、データ公開を通して社会への成果還元も実現した。
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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
実験的アプローチにおいては、これまでにコロナ感染防止対策により一部実験設備の利用制限、共用設備の不具合および共用施設長期改修工事により、試料作成に支障がでる状況であった。その為これまでに作成した酸化ハフニウム系において、Mo/HfO2/Mo 3層薄膜試料やサファイア基板を用いた2層試料を対象とし、幅のある研究展開を進めてきた。試料の熱物性測定及び熱輸送特性評価については、いずれも時間領域サーモリフレクタンス法にて、熱応答信号を取得・解析した。昨年度時点で論文に資する実験結果が積み上げられていたが、基板との理想界面を有する2層膜試料の知見、さらに界面ラフネスの効果というさらに本質に迫る成果が得られたため、よりインパクトの高い論文へとの論文原稿の改定を進めている。
解析的アプローチにおいては昨年度開発したハイブリッド分子動力学プログラムにより、非平衡状態での試料温度分布や熱伝導率の評価を理想界面について進めている。サーモリフレクタンス測定信号シミュレータを活用した測定信号における界面ラフネスの評価を進めており、実験パートと合わせて解釈することで特異熱輸送機構の発現メカニズムについて議論を進めた。
データベースへのデータ公開は論文出版を終えたデータから順次公開を始めており、測定の不確かさ評価がなされた熱物性データがインターネットから無償で利用可能である。
これまでにいずれも筆頭著者で、国際誌1報、国際学会招待講演1件、国際学会口頭発表2件、国内学会口頭発表多数の実績が上がっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度が最終年度であるため、研究の総括的な論文発行を目指す。具体的にはサーモリフレクタンス測定信号シミュレータを用いた大規模試行計算から、界面ラフネスがサーモリフレクタンス測定信号さらには界面熱抵抗の測定結果に与える影響を評価する。これより理想状態を前提とした計測技術の適用限界を精緻に議論することで、実用機が普及するサーモリフレクタンス測定技術全体の高度化に寄与する。
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Research Products
(4 results)
