2023 Fiscal Year Annual Research 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 | 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）を設計できる．
本研究では，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層素子の作製を行った．スパッタリング法によりアモロファスのVO2膜を成膜し，熱処理により結晶化させることで素子を作製している．この熱処理が膜の電気物性，組成に与える影響を評価し，単相性が高く，相転移に伴う抵抗変化が大きな膜を作製できる条件を確立した．その後，積層素子を作製し，金属/絶縁体界面があると熱抵抗が増加することを確認した．さらに，最終年度で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VO2膜の相転移の有無を調べる方法を確立した．これらの研究を通して金属/絶縁体界面におけるフォノン散乱挙動の解明に資する成果を得た．
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