2021 Fiscal Year Annual Research Report
極限環境での安定動作が可能な固体イオニクス論理素子の実証
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20K21068
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 崇司 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20643232)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン整流性 / イオン論理素子 / 界面物性 / 固体電解質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、データサイエンスの技術は飛躍的に向上しており、ビッグデータの有効な活用が新しい技術や価値の創出に繋がると期待されている。こうしたデータ解析
技術を十全に活用するためには、質の高いデータセットが必要不可欠であり、優れた情報収集技術の開発が必要となる。数100℃以上の超高温域や放射線暴露環
境でも安定的に動作する論理素子が実現すれば、極限環境からのデータ収集技術が飛躍的に進歩することが期待できる。例えばタービンや溶鉱炉などの高温産業
現場からの情報収集、原子炉や高線量環境のモニタリング、また地核調査や宇宙探索など幅広い分野に応用することが可能となり、産業分野と基礎学術の発展に
大きく貢献することできる。本研究の目的は酸化物イオン伝導体ヘテロ界面で生じるイオン整流現象を活用した、極限的高温環境で動作可能なイオン論理デバイスの実証である。ポジティブチャージの酸素空孔をキャリアとする電解質をp型伝導体、ネガティブチャージの格子間酸素をキャリアとする電解質をn型伝導体とみなしてイオンpn接合を作製し、種々の材料の組み合わせに対してイオン整流性のスクリーニング評価を実施した。その結果、YSZ/La2NiO4ヘテロ界面において強いイオン整流現象が発現することを見出した。さらにこのイオン整流現象が界面で生じる電気化学反応（酸素発生反応，酸素取込み反応）の速度差に起因するものであることを明らかにした。また有機半導体デバイスにおけるバルクヘテロジャンクションを模擬して、YSZ/La2NiO4コンポジット層を設けることで、イオン整流比を強めることができることを見出した。YSZ/La2NiO4ヘテロ界面を利用して、1073 K という高温環境でも安定動作可能な高温イオンAND 素子および高温イオンOR素子を実証することに成功した。
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Research Products
(1 results)
