| 研究課題/領域番号 |
16K21464
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
廣井 慧 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, NIMSポスドク研究員 (10761588)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | フォノンエンジニアリング / 人工超格子 / 界面熱抵抗 / 熱電材料 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、Fe2VAl系熱電材料の熱電変換特性の大幅な向上と材料界面におけるフォノン散乱機構の解明を目指し、高周波マグネトロンスパッタ法による人工超格子の作成とサーモリフレクタンス法による熱輸送特性の測定を行った。
2017年度は、前年度までに最適化させた作成条件を元にW/Fe2VAl/Wの3層膜試料を作成し、ピコ秒パルス光サーモリフレクタンス法による界面熱抵抗の直接測定を試みた。Fe2VAl層とW層が互いにエピタキシャル成長していることにより、他の材料での界面熱抵抗の報告値と比較して1桁以上小さい値が観測された。また、Fe2VAl層の膜厚が薄くなるにつれ、界面熱抵抗が有意に低下することがわかった。数nmの極薄領域での積層構造を確認するために、放射光を利用した高分解能X線反射率測定を行った。作成した3層膜はすべて元素固溶が見られず、正しいモデルで界面熱抵抗を評価できていることを確認した。以上の結果は2017年度にJournal of Electronic Materialsに掲載された。
また、2016年度中に作成したFe2VAl層とMoまたはW層から構成される人工超格子について、極薄周期領域における界面の状態や歪み・ミスフィット転位の存在を確認するために、放射光を利用した逆格子マッピング測定を実施した。既に得られている断面TEMの結果と合わせて、Fe2VAl層とW層の格子ミスマッチが、歪みではなくミスフィット転位により緩和されていることを確認した。従来の人工超格子の界面熱抵抗に関する研究のほとんどは、歪みや転位、粗さが小さい理想的な界面における現象を対象にしており、本研究は実材料に近い条件で得られた結果であることが、界面フォノン散乱機構を明らかにする上で重要である。以上の結果は現在論文用原稿を作成中であり、近日中の専門誌への投稿を予定している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2017年度は高周波マグネトロンスパッタ法によるW/Fe2VAl/Wの3層膜試料の作成およびピコ秒パルス光サーモリフレクタンス法による界面熱抵抗の直接測定を行った。また、界面での元素固溶の有無の確認を目的として、放射光を利用した高分解能X線反射率測定を実施した。これらの結果についてはすでにまとめてあり、Journal of Electronic Materialsに掲載された。
また、2016年度中に作成したFe2VAl層とMoおよびW層から構成される人工超格子については、極薄周期における界面の様子を明らかにするために、放射光を利用した逆格子マッピング測定を実施した。現在人工超格子関連の解析を進めており、近日中の専門誌への投稿を予定している。
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| 今後の研究の推進方策 |
必要とする実験データはすべて収集済みである。今後は人工超格子のフォノン熱輸送特性に関する結果をまとめて論文とし、近日中に投稿予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
得られた測定データの解析および考察に時間を必要としたため、論文化が年度内に完了しなかったため、論文の出版に必要とされる金額が残ることとなった。現在執筆中の論文原稿は近日中に投稿を予定しており、基金化した残額をこれに係る費用として使用する予定である。
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