| 研究課題/領域番号 |
26288115
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| 研究機関 | 一般財団法人電力中央研究所 |
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研究代表者 |
小野 新平 一般財団法人電力中央研究所, 材料科学研究所, 主任研究員 (30371298)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 電気二重層 / イオン液体 / 強相関電子系 / 電界効果トランジスタ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、物質の電子状態を制御する手法として、イオン液体などの電解質の電気二重層の作り出す超強電界を利用し、材料へ高密度電荷注入を行うことで、新機能の発現と、その背景に眠るサイエンスの理解と応用展開を目指すことを目標に研究を進めている。今年度は、電気二重層が形成される様子を直接観測することに取り組み、電気二重層を利用した電界効果トランジスタのメカニズムの解明、及び電荷注入量の最大化を目指して研究を行った。
1, イオン液体の作り出すメゾスコピック界面の直接観測
イオン液体に電圧を印加した際に形成される、イオン液体と物質の間のメゾスコピック界面の電気二重層を、SPring-8の放射光を利用した光電子顕微鏡で直接観測に挑戦した。イオン液体は、イオン結合で結合しているため不揮発であり、超高真空下でも取扱ができる。イオン液体に含まれる窒素、酸素、フッ素の原子の吸収端を用いて、位置選択電子状態を観測し、電圧によりイオンが電極に移動していく様子の直接観測に成功した。
2,電界効果によるBCS超伝導体の超伝導転移温度の制御
BCS超伝導体の超伝導転移温度は、フェルミ順位の電荷状態密度に依存することが知られている。しかし、BCS超伝導体の電荷量を、化学置換などの方法では、変調量に限りがあり、ほとんどTcがほとんど変化しないことが知られている。そこで、BCS超伝導体として、アルミ薄膜を利用し、イオン液体の電気二重層を用いた電界効果によりフェルミ順位の電荷状態密度を変化させ、Tcが電界によって制御できるのか調べた。すると抵抗率は、電荷によって制御できるものの、超伝導転移温度は電界効果によってはほとんど変化しないことが明らかになった。
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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
現時点では、イオン液体と材料の間のメゾスコピック界面に関しての直接観測に向けた試行を行っているところであり、定電圧を印加した際のイオンの空間分布の測定が出来つつあるところである。この測定が高い分解能で測定が行えるようになると、電気二重層の形成のメカニズムを理解することができ、イオン液体の分子構造の最適化などにより、電気二重層により電荷注入の最大化を図ることができると予想される。
また、イオン液体の作り出す電気二重層による高密度キャリア注入の実験に関しては、アルミに関しては、超伝導転移温度の制御までは至らなかった。したがって、フェルミ面近傍のDOSの変化量の大きい他のBCS超伝導体を用いて、同様な実験を行う予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度から引き続いて、イオン液体の作り出すメゾスコピック界面の直接観測を放射光施設SPring-8に加えて、新たにKEK-PFを使って進めていくことを検討する。現時点では、空間分解能が十分でないので、今後は空間分解能をあげて測定を行い、電気二重層が形成されていく様子を観測する予定である。また、イオン液体として多価イオンを利用した電気二重層を使った物性研究や、材料として磁性材料の電界効果による磁性制御の研究に研究を発展させていく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験で利用するイオン液体の購入を検討していたが、納期が間に合わないことが判明したため、次年度に繰り越しを行った。
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| 次年度使用額の使用計画 |
研究を推進させるため、繰り越し分で平成27年度にイオン液体の購入を検討する。
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