| 研究課題/領域番号 |
21K19016
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 (2023)
北海道大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
小野 円佳 東北大学, 工学研究科, 教授 (20865224)
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| 研究分担者 |
JEEM MELBERT 北海道大学, 工学研究院, 特任助教 (00815805)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | シリコンフォトニクス / 半導体絶縁膜 / シリカガラス / 圧力 / 結晶基板 / アモルファス薄膜 / トポロジー / ガラス / 薄膜 / 熱伝導率 / 薄膜アモルファス / トポロジー制御 / 結晶基板表面 / 結晶界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ガラスは通常その原子構造がランダムなため、エネルギーの伝搬特性を向上することは難しい。これに対して、代表者は高圧高温状態でシリカガラスの構造を凍結すると、ネットワークの結合の剪定が起き究極の透明度を持つガラスが得られることを示した。このガラスは構造のゆらぎが少なく秩序性が高いことから、高いフォノン伝導性が期待される。制御に高温高圧処理が必要だと応用の幅が狭まる。そこで従来、超高圧超高温を使わなければできないガラスのトポロジー制御を、結晶表面特有の活性な境界条件、具体的には、格子定数がガラスの空隙サイズに近い結晶の界面を利用して、より常温常圧に近い条件で実現し、革新的ガラス薄膜合成法を構築する。
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| 研究成果の概要 |
シリカガラスは, SiO2から成り,シリコンフォトニクスの導波路や,半導体の絶縁膜として重要な要素として注目されている．我々はこれまでバルクのシリカガラスが高温高圧印加処理により大きな空隙が縮小し構造が均質化することを見出した．しかし物理的な圧力は実験が難しいため、空隙サイズに近い格子定数をもつ結晶基板の上に薄膜SiO2アモルファスを積層し構造や物性の制御可能性を検討した.結果として結晶基板の種類によってアモルファスの構造や熱伝導率が大きく変化し、膜厚や薄膜作成方法によってもこれを変えられることもわかってきた.
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究はガラスの化学的圧力を使ったトポロジー制御という,これまでにない新しいやり方を用いたガラス構造の制御方法の提案と実証である.研究開始時には加圧したシリカガラスは密度が高く均質性が上がることから,熱伝導率が上がることを期待していた.これが逆に大きく下がったことから,工業的にはややインパクトが下がってしまったものの,アモルファスの熱伝導率が何によって決まるのかを明らかにする重要な知見となったと考えている.まだ完全に明らかではないが,今回の検討でアモルファス構造の変化と熱伝導率の間に強い相関があることが示されたので,今後ガラスの熱伝導率を高めるための指針としても意義が大きいと考えている.
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