計画研究
原子スケールの特殊な相界面を機能コアと位置づけ、パルスレーザー堆積法に基づく超精密な薄膜・デバイス作製技術を駆使して機能コアを導入したモデル材料を作製し、相界面における熱輸送特性や電子輸送特性における巨大機能の発現とその制御を目指す。具体的には、薄膜成長とその熱・電子輸送特性の計測・解析(太田Gr.)、金属酸化物バルク単結晶の育成とその熱・電子輸送特性の計測・解析(寺崎Gr.)、界面熱抵抗の理論解析とモデル提案(齊藤Gr.)を行うことで機能コアをモデル化するとともに、原子スケールの相界面を可視化し、巨大機能の起源を理論的に解明する。(1) 全固体熱トランジスタを実現 [Adv. Funct. Mater. 2023] 熱の伝わり方を電気スイッチで切り替える全固体電気化学熱トランジスタを実現した。液体を一切使用しない全固体電気化学熱トランジスタを開発するため、結晶構造を維持したまま酸素含有率が変えられるSrCoOx (2 < x < 3)薄膜と、酸化物イオン伝導性固体電解質であるYSZを組合せた。電気化学的酸化・還元を行った結果、オン時の高い熱伝導率~3.8 W/m Kとオフ時の低い熱伝導率~0.95 W/m K(オン/オフ熱伝導率比4)を繰り返し切替えることに成功した。このオン/オフ比は電解液やイオン液体などの「液体」を用いた熱トランジスタと比較してそん色ない値である。(2) 実用的な熱電材料の単結晶化に成功 [ACS Appl. Electron. Mater. 2023] Ba1/3CoO2薄膜が空気中・600℃においても安定であり、数ある酸化物熱電材料の中で最も高い熱電変換性能指数ZT (~0.55、空気中・600℃)を示すことを発見した。Ba1/3CoO2の実用化に向けた課題の一つである単結晶化を実現するため、サファイア基板上に作製したBa1/3CoO2単結晶膜を基板から剥離し、その熱電特性を計測した。その結果、Ba1/3CoO2単結晶膜は剥離後においても剥離前と変わらず高い熱電性能を維持することが分かった。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 4件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (78件) (うち国際学会 45件、 招待講演 9件) 図書 (1件) 備考 (3件) 産業財産権 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)
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