2015 Fiscal Year Research-status Report
電気二重層トランジスタを用いた強電界による熱電特性の制御
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26820298
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
清水 直 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員 (60595932)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電界効果 / ゼーベック効果 / 電気二重層 / 酸化物半導体 / イオン液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、電気二重層トランジスタにより作り出される強電界を用いて、様々な物質の熱電特性の電気的な制御を行う。電界効果を用いることで、熱電特性の制御だけではなく、優れた熱電特性を有する電子状態を実現することを目標とする。平成27年度は、平成26年度に確立した「ゼーベック係数を電気二重層の作る強電界により制御する手法」を用いた研究を推進した。具体的には、以下の研究を行った。
①酸化物半導体SrTiO3におけるゼーベック効果の電界制御。絶縁体状態から~10^20 cm^-3までのキャリア濃度域において、ゼーベック効果のキャリア濃度・温度依存性の測定を行った。高密度金属状態において、~1mV/Kに達する非常に大きなゼーベック効果を観測することに成功した。
②遷移金属カルコゲナイドWSe2における熱電特性の最適化。厚さ2nmの超薄膜を作製し、ゼーベック効果のキャリア濃度依存性を詳細に測定した。この物質において、これまで困難であった電子ドープ状態のゼーベック効果の観測に成功した。
③単層カーボンナノチューブにおけるサブバンド構造の熱電効果による観測。熱電材料として有望視されているカーボンナノチューブであるが、ゼーベック効果のフェルミレベル依存性を調べることが困難であった。電界効果を用い、一次元状態密度に由来するゼーベック効果の観測、および熱電性能の最適化に成功した。
④酸化物半導体ZnOにおける二次元電子状態のゼーベック効果の探索。電界効果で二次元電子系をZnO表面に作り出し、その熱電特性を調べた。二次元電子の形成に伴うゼーベック効果の増大を観測することに成功した。
今年度に行った研究成果は、国内学会・国際学会等様々な場所で発表した。また、上記①、②は論文として出版することができ、③、④については、論文雑誌に投稿中である。
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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
平成27年度の研究計画は、電界効果により形成される二次元電子系の熱電特性を調べること、及び二次元電子の形成に伴うゼーベック効果の増大を実現することであった。申請者は平成26年度に開発した測定システムを用い、上記「研究実績の概要」に報告したように、SrTiO3、WSe2、単層カーボンナノチューブ、ZnOと様々な物質における実験に成功した。平成27年度の研究計画に従った研究を無事に完成させ、さらに計画から発展した（計画には含まれていない）いくつかの実験を行うことが出来たことから、「当初の計画以上に進展している。」と考える。
平成27年度の実験結果のいくつかはすでに論文として発表することが出来ており、また国内外の学会・研究会・ワークショップにて報告してきた。さらに、本研究成果を利用した共同研究が申請者と他の研究グループとの間で開始され、当初の予定を超えた結果が得られつつある。
平成28年度への研究進捗状況・準備状況は計画通りとなっている。最終年度であるので、この研究課題で得られた結果を、出来る限り論文および学会で報告する予定である。また、本研究課題の計画を十分に達成させたうえで、研究開始時には予定していなかった実験にも広げて行きたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記「研究実績の概要」および「現在までの達成度」で報告したように、平成27年度は非常に順調に研究を進めることができ、計画は予定通りに進めることが出来ている。
当初の研究計画を簡単に述べると、平成26年度（初年度）は「熱電特性と電気伝導特性の電界制御技術の構築」、平成27年度(二年目)は「低次元物質（状態）における熱電特性の電界制御」、平成28年度（最終年度）は「優れた熱電性能の実現・発見」である。平成26年度、27年度の研究が順調に進行し、28年度の研究進捗状況・準備状況は計画通りとなっている。最終年度であるので、この研究課題で得られた結果を、出来る限り論文および学会で報告する予定である。また、本研究課題の計画を十分に達成させたうえで、研究開始時には予定していなかった実験にも広げて行きたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
平成27年度の物品費として、消耗品費が含まれているが、①「26年度に購入したものを出来る限り再利用する」、②「購入物品の比較検討により、同等の性能で価格の少し低いものを購入する」など、様々なところで経費を出来る限り削減した結果、約10万円の差額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
経費削減の結果、約10万円の差額が生じたが、これは、平成28年度の実験に必要な消耗品費として有効活用する。具体的には、実験に毎回必ず使用するイオン液体の購入費用に充てたいと検討している。
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Research Products
(8 results)
