研究課題
若手研究(B)
a-M_nSi_<1-n>O_x薄膜の膜厚が100nm以下に減少すると、プロトン伝導率がべき乗則で増加する、いわゆるサイズスケーリング現象が発見された。a-M_nSi<1-n>O_xは、低伝導マトリクスと高伝導パス(Bronsted 酸点:-O-Si^<4+>-O-M^<m+>-O-ヘテロ結合)からなる不均一構造を有している。この高伝導パスのつながり、いわゆる'クラスター'がプロトンチャンネルとして働く。膜厚dが最大クラスターのサイズζより大きい場合(バルク状態)、伝導パスのパーコレーションは起こらない。dがζにほぼ等しくなると(臨界点)、伝導パスのパーコレーションが起こり、σは増加する。更にdが減少すると、より小さなクラスターもパーコレーションするためその数N_p はd_<-μ>に従い増加し、こうしてσのスケーリングが起こる。本研究の結果は、アモルファスイオン伝導体にはバルク平均値より高いコンダクタンスの微細構造(伝導パス)が存在することを示唆しており、a-Al_<0.1>Si^<0.9>O_x薄膜の場合、伝導パスは平均長約20nmのアルミノシリカ鎖であることが示された。本研究の結果は、アモルファス酸化物の分子組成などを変えることにより、さらに新しい伝導率増強効果が発見される可能性が示唆された。
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http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/elechem/
