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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of nano-flexoelectricity and creation of buckling memory devices

Research Project

Project/Area Number 21H04534
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

澄川 貴志  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (80403989)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 島 弘幸  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40312392)
梅野 宜崇  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (40314231)
安部 正高  京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (50582623)
服部 梓  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80464238) [Withdrawn]
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2024-03-31
Keywordsナノ / フレクソエレクトリシティ / 強誘電体 / 座屈 / メカニカルメモリ
Outline of Annual Research Achievements

令和5年度の研究実績は、以下のように纏めることができる。1. 分極特性を測定するための圧電応答顕微鏡に搭載可能な微小負荷治具を開発した。本治具は、対象薄膜を搭載した基板に対して面内方向の圧縮変位を与えることが可能であり、基板内にフリースタンディング薄膜部を設けたサンプルに対して、たわみを薄膜に与えることができる。これにより、薄膜を面内方向に座屈させ、正負の異なる曲げ状態を実現することができる。事前検討として、シリコンに対してエッチング処理を施して切り欠き部を設けたサンプルを作製し、有限要素法を用いた圧縮変形時の力学状態の特定と共に実測の可否を検討した。2. 圧電応答顕微鏡の測定結果に及ぼすサンプル表面形状の影響について検討を行った。制御された微細斜面を有するシリコン基板を作成し、測定結果に影響を及ぼす斜面の勾配の影響(converse flexoelectricity)を明らかにした。3. 対象薄膜が堆積されたシリコン基板に対して、裏面からのエッチング処理を施し、切り欠き部上にフリースタンディング状態で独立したサンプルを実現した。実際に圧電応答顕微鏡下で測定を実施し、その応答の取得に成功した。4. バックリングメモリ構造を念頭に置き、圧縮負荷によって所望のひずみ分布状態を実現できる微細構造について解析的検討を実施した。微細構造は周期的なユニットセルを有するものとし、ユニットセル形状については、トポロジー最適化を用いた設計手法を検討した。さらに遺伝的アルゴリズムを用いた手法により、構造体内の要素の配置について検討を行い、最適化の程度についての検討を実施した。5. 分極特性に加えて、磁気特性(flexomagneticity)を利用したバックリングメモリに関する検討を実施した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Characteristic fatigue damage near the Σ3(111) coherent twin boundary in micron-sized copper specimen2024

    • Author(s)
      Kim Byungwoon、Yasui Chihiro、Abe Masataka、Shima Hiroyuki、Umeno Yoshitaka、Sumigawa Takashi
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering: A

      Volume: 899 Pages: 146470

    • DOI

      10.1016/j.msea.2024.146470

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface outflow effect on dislocation structures in micrometer-sized metals2023

    • Author(s)
      Tobise Akihiro、Shima Hiroyuki、Akiba Yuri、Umeno Yoshitaka、Kawai Emi、Kubo Atsushi、Abe Masataka、Sumigawa Takashi
    • Journal Title

      Extreme Mechanics Letters

      Volume: 65 Pages: 102094

    • DOI

      10.1016/j.eml.2023.102094

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Defect formation mechanisms in metal nanowire under cyclic loading: a molecular dynamics study2023

    • Author(s)
      Kubo Atsushi、Kawai Emi、Sumigawa Takashi、Shima Hiroyuki、Umeno Yoshitaka
    • Journal Title

      Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering

      Volume: 31 Pages: 065020

    • DOI

      10.1088/1361-651X/acea3b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 高サイクル繰返し負荷を受ける炭素鋼の応力磁化効果に関する実験的検討2023

    • Author(s)
      安部 正高, 澄川 貴志, 三戸 慎也, 宮澤 和紀
    • Journal Title

      日本機械学会論文集

      Volume: 89 Pages: 22-00319

    • DOI

      10.1299/transjsme.22-00319

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spot-Ladder Selection of Dislocation Patterns in Metal Fatigue2023

    • Author(s)
      Shima Hiroyuki、Umeno Yoshitaka、Sumigawa Takashi
    • Journal Title

      Symmetry

      Volume: 15 Pages: 1028

    • DOI

      10.3390/sym15051028

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Inductive Determination of Rate-Reaction Equation Parameters for Dislocation Structure Formation Using Artificial Neural Network2023

    • Author(s)
      Umeno Yoshitaka、Kawai Emi、Kubo Atsushi、Shima Hiroyuki、Sumigawa Takashi
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 16 Pages: 2108

    • DOI

      10.3390/ma16052108

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ナノ~マイクロ材料に関するその場観察力学実験2024

    • Author(s)
      澄川貴志
    • Organizer
      電子情報通信学会 システムナノ技術に関する特別研究専門委員会主催 第5期 第3回研究会
    • Invited
  • [Presentation] 転位を起点とするナノ SrTiO3の破壊とその力学基準2023

    • Author(s)
      澄川貴志
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Elucidation of formation mechanism of fatigue dislocation structures in micro-sized Ni single crystal under tensioncompression cyclic load2023

    • Author(s)
      Kota SUGISAKA
    • Organizer
      The Advanced Technology in Experimental Mechanics and International DIC Society Joint Conference 2023
  • [Presentation] ナノ金属の引張圧縮疲労試験手法の開発2023

    • Author(s)
      池田大輝
    • Organizer
      日本材料学会第9回材料WEEK
  • [Presentation] Σ3(111)境界を有するマイクロ銅双結晶試験片の引張圧縮疲労損傷2023

    • Author(s)
      Kim byungwoon
    • Organizer
      日本材料学会第9回材料WEEK
  • [Presentation] 引張圧縮繰り返し負荷を受けるマイクロNi単結晶試験片の疲労転位組織形成過程の観察2023

    • Author(s)
      杉坂 浩太
    • Organizer
      日本材料学会第9回材料WEEK
  • [Presentation] 非圧電性材料におけるナノ電界勾配に起因した Converse Flexoelectricity の形状効果2023

    • Author(s)
      池本 翔太郎
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2023 材料力学カンファレンス
  • [Presentation] 異材界面を有するマイクロ金属単結晶の疲労2023

    • Author(s)
      Kim byungwoon
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2023 材料力学カンファレンス
  • [Presentation] 力学系理論による疲労転位構造の安定性解析2023

    • Author(s)
      島 弘幸
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2023 材料力学カンファレンス
  • [Presentation] 引張圧縮負荷を受けるマイクロ Ni 単結晶中の疲労転位構造形成過程の観察2023

    • Author(s)
      杉坂 浩太
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2023 材料力学カンファレンス
  • [Presentation] 集中荷重に対するひずみ分散機能を有するメカニカルメタマテリアルの開発2023

    • Author(s)
      向井 健将
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2023 材料力学カンファレンス
  • [Book] 金属疲労の基礎とメカニクス―結晶学と力学から読み解く金属の疲労2024

    • Author(s)
      兼子 佳久,田中 啓介,高橋 可昌,澄川 貴志,平方 寛之,梅野 宜崇
    • Total Pages
      248
    • Publisher
      内田老鶴圃
  • [Remarks] 京都大学大学院 エネルギー科学研究科 エネルギー材料設計研究室ホームページ

    • URL

      https://www.force.energy.kyoto-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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