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金属絶縁体転移及び磁性体薄膜を用いたカシミール力の制御と斥力化に関する研究

Research Project

Project/Area Number 17J00380
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field General applied physics
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

吉田 尚樹  北海道大学, 大学院情報科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsカシミール力 / 原子間力顕微鏡 / 相互作用力 / カシミール効果 / 接触電位差 / 静電気力
Outline of Annual Research Achievements

本年度は金属-絶縁体転移を示す試料であるマグネタイトとAu球形探針との間に働くカシミール力の距離依存性の測定を行い、金属-絶縁体転移を用いたカシミール力のNEMS応用に向けて、Si-Au球形探針の場合の測定結果との比較を行った。マグネタイトは約125 K前後の温度において、金属-絶縁体転移を示す材料であり、カシミール力は材料の伝導率・誘電率に依存している。よって、マグネタイトの金属-絶縁体転移によるカシミール力の変化を利用したアクチュエーターといったMEMS分野での応用が期待される。
ナノスケールにおけるカシミール力の測定では、表面粗さによって探針と試料の接触位置の決定が困難になる問題や、カシミール力の解析が困難になる問題が生じるため、表面粗さの影響を抑えた測定が求められる。このため、単原子層レベルで清浄かつ平坦なマグネタイト表面を作製し、周波数変調方式原子間力顕微鏡を用いて測定を行った。400 nm以下の距離においてSi試料を用いた場合の測定結果と比較したところ、カシミール力が30 nmの距離では30 %程度小さいことを確認した。これは用いたマグネタイト試料が、理想的な完全導体間のカシミール力の条件から離れた系となっているためと考えられる。このことから、マグネタイトの金属-絶縁体転移前後においても伝導率・誘電率の変化によってカシミールが可変できると考えられる。
昨年度は北海道胆振東部地震とそれに伴う全域停電の影響により遅れが生じたため、今年度は金属-絶縁体転移を示す試料であるマグネタイトとAu球形探針との間に働くカシミール力を中心に研究を進めた。結果、金属-絶縁体転移が見られる清浄表面を用いて測定を行うことができ、Si試料との比較から誘電率の差による力の大きさの違いを示したことは、金属-絶縁体転移を用いたカシミール力のNEMS応用に繋がる知見を示すに至ったと考えている。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Analytical method for the measurement of the electrostatic force and the contact potential difference excluding the effect of the Casimir force with a conventional atomic force microscope2019

    • Author(s)
      Naoki Yoshida and Kazuhisa Sueoka
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] カシミール力測定系における静電気力の評価2019

    • Author(s)
      吉田尚樹
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 接触電位差に依存しないカシミール力測定に関する研究2018

    • Author(s)
      吉田尚樹
    • Organizer
      応用物理学会秋季学術講演会講演
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] The Effect of the Coulomb Interaction on Casimir Force Measurement2018

    • Author(s)
      Naoki Yoshida
    • Organizer
      26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カシミール力測定における接触電位差に関する研究2017

    • Author(s)
      吉田尚樹、東野一彦、樋浦諭志、Subagyo Agus、八田英嗣、末岡和久
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] カシミール力測定のための球形探針の作製方法2017

    • Author(s)
      東野一彦、吉田尚樹、樋浦諭志、Subagyo Agus、八田英嗣、末岡和久
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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