酸化物ヘテロ界面物性の超低速ミュオン顕微鏡測定

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Frontier of Materials, Life and Elementary Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope
• Project/Area Number: 26108702
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 一杉 太郎 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (90372416)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 固体イオニクス / 固体電気化学 / 固体電解質 / 電気化学 / 界面 / 空間電荷層

Outline of Annual Research Achievements

金属酸化物同士の界面における様々な特異現象(超伝導、磁性、電荷移動、イオン移動等)に注目が集まっている。本研究は超低速ミュオンが有する高い深さ分解能を活用して、その界面現象の起源を明らかにすることを狙っている。

本年度、固体電解質と金属電極界面におけるイオン移動について集中的に検討を行った。この界面では、固体電解質内に空間電荷層と呼ばれるイオン濃度が減少した領域が界面近傍に形成されることが知られている。しかし、この層が固体電解質/電極界面からどの程度の深さまで達するのか、また、どの程度のイオン濃度になるのか、定量的な研究は行われていない。

そこで、超低速ミュオン研究と補完する役割を持つ、核反応分析法(NRA)を活用し、Liイオン濃度の深さ分布について、検討を行った。その結果、界面から10マイクロメートルの深さまでイオン濃度が変調していることがわかった。そして、それは印加する電界によって変化することも明らかになった。これは従来の常識を覆す結果であり、今後も集中して検討を行う予定である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Paul Scherrer Institut(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: Paul Scherrer Institut
• [Int'l Joint Research] Rutherford Appleton Laboratory(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Rutherford Appleton Laboratory
• [Int'l Joint Research] KTH Royal Institute of Technology(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: KTH Royal Institute of Technology
• [Journal Article] Preparation and in-situ characterization of well-defined solid electrolyte/electrode interfaces in thin-film lithium batteries (2016)
  • Author(s): Masakazu Haruta, Susumu Shiraki, Takeo Ohsawa, Tohru Suzuki, Akichika Kumatani, Yoshitaka Takagi, Ryota Shimizu, and Taro Hitosugi
  • Journal Title: Solid State Ionics Volume: 285 Pages: 118-121
  • DOI: doi:10.1016/j.ssi.2015.06.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Orientation control of LiCoO2 epitaxial thin films on metal substrates (2016)
  • Author(s): Susumu Shiraki, Yoshitaka Takagi, Ryota Shimizu, Tohru Suzuki, Masakazu Haruta, Yukio Sato, Yuichi Ikuhara and Taro Hitosugi
  • Journal Title: Thin Solid Films Volume: 600 Pages: 175-178
  • DOI: doi:10.1016/j.tsf.2016.01.032
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Li-ion diffusion in Li4Ti5O12 and LiTi2O4 battery materials detected by muon-spin spectroscopy (2015)
  • Author(s): Jun Sugiyama, Hiroshi Nozaki, Izumi Umegaki, Kazuhiko Mukai, Kazutoshi Miwa, Susumu Shiraki, Taro Hitosugi, Andreas Suter, Thomas Prokscha, Zaher Salman, James S. Lord, and Martin Mansson
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 92 Pages: 014417
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.014417
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 固体電解質中Liイオン濃度分布の電圧印加下その場測定 (2016)
  • Author(s): 杉山 一生, 齋藤 正裕, 青木 靖二, 大塚 祐二, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • Organizer: 電気化学会第83回大会
  • Place of Presentation: 大阪大学 (大阪府、吹田市)
  • Year and Date: 2016-03-29 – 2016-03-31
• [Presentation] 固体電解質中のLi イオン濃度分布: 電圧印加下その場測定 (2016)
  • Author(s): 杉山 一生, 齋藤 正裕, 青木 靖二, 大塚 祐二, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京都、目黒区)
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Intrinsic interface resistance across Li3PO4/LiCoO2 interfaces (2016)
  • Author(s): Taro Hitosugi
  • Organizer: Japanese Swiss Energy Materials Workshop
  • Place of Presentation: Zurich (Switzerland)
  • Year and Date: 2016-03-07 – 2016-03-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Intrinsic interface resistance across LiPON/LiCoO2 interfaces (2015)
  • Author(s): Taro Hitosugi
  • Organizer: The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-9)
  • Place of Presentation: Tsukuba (Japan)
  • Year and Date: 2015-10-19 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research / Invited