| 研究課題/領域番号 |
18H03899
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
夛田 博一 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40216974)
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| 研究分担者 |
山田 亮 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20343741)
大戸 達彦 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (90717761)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 単分子接合 / 熱伝導度 / ゼーベック係数 |
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| 研究実績の概要 |
ナノ接合は、バルク材料とは異なる特性を示すため新しい電子素子への応用を意図した研究が進められている。熱の輸送についても興味が持たれているが、熱は電子の流れと違ってさまざまな物質中に容易に散逸してしまうためその制御が難しく挑戦的な課題である。本研究では、金属ー分子ー金属（単一分子接合）の熱伝導度およびゼーベック係数を測定する手法を確立することを目的とした。今年度は、エレクトロマイグレーション法による金属ナノ接合の電気伝導度と熱伝導度の量子化現象を確認した。ナノ接合の作製は、エレクトロマイグレーションによって、幅 100 nm、厚み 50 nm の金細線を狭窄化して行った。この際、断熱性の高い環境で問題となる通電時の急激な温度上昇に伴う細線の抵抗変化を考慮した新たな制御アルゴリズムを開発することで再現性の良いナノ接合の作製が可能となった。これにより、幅 100 nm 程度のナノ細線から数原子程度のナノ接合が形成されるまでの一連の過程を連続的に観察することに成功した。
作製した接合の電気伝導度は、300Kから20K の範囲でほぼ一定に保たれており、安定に接合が維持されていることが示された。熱伝導度は、温度に対して比例することが確認された。これは、電子による熱伝導を仮定した量子化熱コンダクタンスの定義ともよく一致している。フ ォノンによる熱伝導の寄与が高温では一定であると仮定し、熱伝導度を温度に対して線形近似したときの切片の値から、フォノンによる熱伝導は室温での熱伝導度の 6 %程度であると算出され、理論値とのよい一致をみた。
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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
原子レベルまで狭窄した金属ナノ構造を安定して作製する技術を確立した。宙空構造のため、熱の逃げ場がなく、エレクトロマイグレーション時に想定以上に温度が上昇して判断してしまう問題があったが、プログラムを改良することで、安定した構造の作製に成功した。熱伝導度の温度依存性を計測することに成功するなど、あらたな知見も見出された。
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| 今後の研究の推進方策 |
室温でのゼーベック係数の測定にも成功し、温度依存性を計測することで、広い温度範囲で熱電パラメーターを導出する。狭窄構造に破断して分子を架橋することで、分子接合の熱輸送特性の計測を実施する。
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