2022 Fiscal Year Research-status Report
金属/絶縁体相転移界面におけるフォノン散乱挙動の解明
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21K14092
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
馬場 将亮 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (10826176)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 熱制御 / 金属―絶縁体相転移材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，金属/絶縁体界面におけるフォノン散乱挙動の解明である．金属/絶縁体界面をつくる手法としては，二酸化バナジウム(VO2)とタングステンドープしたVO2（W-VO2）を用いる．VO2は室温付近で可逆的な相転移をする材料であり，相転移温度以下では絶縁体(単斜晶)，相転移温度以上では金属(正方晶)となる．また，VO2にWをドープすると相転移温度が低下する．VO2とW-VO2の積層体(VO2/W-VO2)では，両材料の異なる相転移温度に起因して，ある温度範囲において積層界面が金属/絶縁体界面となる．金属/絶縁体界面でフォノン散乱が起きるとすると，この温度範囲において素子の熱抵抗が増加し，熱が流れづらくなる．つまり，ある温度範囲だけ高い熱抵抗を示す素子が作製できる．本技術が確立すれば，熱レギュレータ（温度を一定に保つ素子），熱ダイオード（熱流を整流する素子）を容易に設計できる．また，熱レギュレータ，熱ダイオードとしての性能も積層数を変更することで制御できる．
本年度は昨年度に続きRFマグネトロンスパッタリングを用いてVO2/W-VO2積層体および各材料の単相素子の作製を行った．作製した積層素子に金属/絶縁体界面があると熱抵抗が増加することも確認できた．ただし，作製した素子および測定回数が少ないため，再現性を確認する必要がある．特に積層膜に金属/絶縁体界面が生じている事を実験的に確かめる必要がある．そこで最終年度は，各温度で光の反射率，透過率を測定し，光物性の変化から界面の有無を明らかにする．光物性の測定を基に界面が生じる条件を特定し，熱伝導率を測定することで界面の熱抵抗を明らかにする．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度および本年度の研究を通して当初計画していた研究目標をほとんど達成することができた．具体的には，初年度VO2/W-VO2積層体の作製手法の確立ができた．また，本年度は熱伝導率の測定を通して，界面でフォノン散乱が発生していることを確認できた．まだ，再現性を十分確認ができていないが，以上のようにほとんどの目標を達成できている．その上で，最終年度は界面の有無を確認した上での熱伝導率測定を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は，前述のように試作した膜に対して光物性の測定と熱物性の測定を行い．金属/絶縁体相転移界面におけるフォノン散乱挙動の解明を行う．光学的に界面が生じていることを確かめてから，熱物性を測定することで界面の効果を明確にする．同時に再現性を確かめるための実験を行い，本研究課題を完遂する．
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