高精度ナノ-マイクロVO2立体構造支配によるマルチガスセンサ性能の創出

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22K14567
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分28030:ナノ材料科学関連
• 研究機関: 兵庫県立大学 (2023); 大阪大学 (2022)
• 研究代表者: 大坂 藍 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (70868299)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 表面加工 / 強相関電子系材料 / 二酸化バナジウム / 相転移

研究成果の概要

二酸化バナジウム(VO2)の伝導特性を組み合わせたマルチセンサ機能創出のため、成長下地基板の表面構造、試料の立体構造を系統的に変化させ、相転移特性の変化を評価した。独自表面処理技術によりSi基板の表面粗さをナノオーダで作り分け、基板表面粗さが大きくなるほどVO2薄膜の相転移温度が低下する傾向を明らかにした。一方マイクロレベルで試料構造を変化させたVO2試料では、膜厚が一定の条件下では試料サイズを小さくするほど相転移温度は低下する傾向を明らかにした。これら成果に基づき、相転移温度を任意制御したVO2試料を集積させることで、高感度マルチセンサ性能に資する物性を機能として抽出する方法論を確立した。

自由記述の分野

物性物理、精密加工、酸化物エレクトロニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

強相関金属酸化物の相転移物性は、魅力的であるが、制御が難しいという特徴がある。本研究は物性研究を加工学と融合させることで今まで外乱とされてきた構造因子を人為制御し、強相関金属酸化物の薄膜物性を制御する、いわば薄膜物性を基板に書き込むといった新たな制御手法のコンセプトを実証するものである。機能が書き込まれた基板上で試料サイズを作り分けることでさらに多様な物性制御が実現でき、今までの画一的な物性制御手法では実現不可能であったマルチ機能inモノ材料を実現する。これは多くの機能性酸化物薄膜に共通展開できる技術であり、将来応用としてセンサ、目盛り、人工知能デバイスなど、その波及効果は非常に大きい。