| 研究課題/領域番号 |
19H00862
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
荻 博次 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (90252626)
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| 研究分担者 |
草部 浩一 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (10262164)
渡邊 幸志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50392684)
長久保 白 大阪大学, 工学研究科, 助教 (70751113)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2021年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2020年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
2019年度: 19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円)
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| キーワード | ピコ秒超音波 / ダイヤモンド / 超格子 / グラファイト / バイオセンサー / ファンデルワールス力 / 弾性定数 / 熱伝導率 / 同位体ダイヤモンド / フォノン計測 / レーザー超音波 / 第一原理計算 / センサー / 薄膜 / 同位体ダイヤモンド薄膜 / 多層グラフェン / 熱拡散率 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ナノダイヤモンド薄膜や多層グラフェン等のナノ炭素材料は、極めて高い弾性率や熱伝導 率を示す。その優れたフォノン物性を利用した実用研究が加速する一方、フォノン物性の 基礎 的理解が追随しているとは言い難い。主要因の一つには、理論と比較し得る高品質試料に対する信頼性の高い実験データの欠如が ある。本課題では、同位体比を制御した高純度・低欠陥ナノ炭素材料に対し独自の精密計 測法を適用して、弾性率や熱伝導率のサイズ効果や同位体効果等を系統的に探求し、既存 モデルの検証および堅牢な新規モデルの提唱を行い、ナノ炭素フォノン物性の理解の深化 を図る。
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| 研究成果の概要 |
ダイヤモンド薄膜や多層グラフェン等のナノ炭素材料は、極めて高い弾性率や熱伝導率等の優れたフォノン物性を示し、超高周波共振電子デバイスや高効率ヒートシンク、超高感度バイオセンサーなどの応用を可能とする。一方で、ナノ炭素材料のフォノン物性の学理の進展は、計測の困難さのために、加速する実用化研究に追随しているとは言い難い。本研究では、高品質試料の作製を実現し、これらに対して独自の超高周波フォノン計測技術を適用し、第一原理計算等の理論計算を融合し、超格子ダイヤモンドやグラファイト、グラフェン等のフォノン物性に関する多くの新規知見を得ることに成功し、さらに、高感度バイオセンサーへの応用も実現した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ナノ炭素材料に対するフォノン物性の基礎的理解は、実用化研究に追随しておらず、フォノン物性の基礎的理解の深化の停滞は、デバイスの飛躍的な高機能化や新規デバイスの開拓の可能性を低減させていた。本研究では、同位体比を制御した高純度ナノ炭素薄膜 に対し独自の精密計測法を適用し、弾性率や熱伝導率の同位体効果、異方性等を系統的に探求し、既存モデルの検証および新たな理論モデルの提唱を行い、ナノ炭素材料のフォノン物性における新たな知見を見出すことができた。例えば、ダイヤモンド超格子における熱伝導率が広い範囲で制御可能であることを示し、また、高感度バイオセンサーとしての可能性を示すことができた。
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