2021 年度研究成果報告書

電荷密度波を用いた微小熱機関の構築と確率的熱力学への応用

研究課題

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研究課題/領域番号	18K03528
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関	福井工業高等専門学校
研究代表者	松浦徹福井工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (60534758)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	電荷密度波 / 確率的熱機関 / MEMS / マスクレスフォトリソグラフィ
研究成果の概要	本研究の目的は、電荷密度波と機械振動の相互作用を明らかにし、電荷密度波を用いた確率的熱機関の実験系を構築することである。電荷密度波は、低次元導体結晶で発現する電子状態であり、機械的変形と電荷密度波運動との相互作用がある。電荷密度波物質を微小な機械振動子に加工することで、数10ナノメートルの微小な機械振動を電気信号として検出できると期待される。ミクロスケールの機械振動子デバイスを作成のためのマスクレスフォトリソグラフィシステムの構築、電荷密度波物質NbS3、TaS3、NbSe3の化学気相成長、電荷密度波機械振動子のプロトタイプの測定、機械振動素子の振動測定のためのレーザー振動計を製作した。
自由記述の分野	凝縮系物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	電荷密度波を用いた自律型の確率的熱機関が構築できれば、確率的熱機関の測定を通して熱力学の基礎を検証することができる。電荷密度波は室温でも生じる物質があるので、環境の熱ゆらぎを利用した自律型分子マシン、ナノマシンへの応用が期待される。また、生命が行っている熱ゆらぎの利用や制御に対して、人工的にデザインされた確率的熱機関の実験から新しい知見を得ることができる考えられる。