水素の荷電状態制御に基づく高速電子物性スイッチング

基于氢荷电状态控制的高速电子特性切换

• 批准号: 21J12651
• 负责人: 小松 遊矢
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12651/
• 关键词: 酸水素化物; 金属-絶縁体転移; エピタキシャル薄膜; 電気・光学特性制御

水素の対極的な荷電状態変化(H+およびH-)や物質内拡散を活用した、新たな電子物性制御および機能応用を目指している。これまでに、イットリウム酸水素化物薄膜における可逆な光誘起絶縁体-金属転移を初めて達成し、メカニズムとして水素イオンの酸化還元反応(H- →/← H+ + 2e-)に伴うサイト間移動を提案した。しかし、絶縁化プロセスはこれまで熱的なものしか知られておらず、高温・長時間(>100℃, ~hours)を要する点が光エレクトロニクス応用における課題であった。そこで本研究では、電場駆動による水素の荷電状態制御を用いた、高速エレクトロクロミズムをはじめとする水素化物の新奇な物性変調を狙った。2021年度は、予備実験により見出された水溶液中電位印加による金属-絶縁体転移に関して、電位応答性評価やメカニズム解明に向けた検討を行った。はじめに、反応電位や時間スケールを評価するため、透明導電膜(Nb-doped TiO2)を集電体とした積層薄膜作製および電位応答性評価を行った。UV光照射した黒色薄膜に対して、NaOH水溶液中にて+1.0 V vs. RHEの電位印加を行ったところ、10 secでの透明化を見出した。これは、熱による透明化が125℃、2 hourを要するのと比較して大幅に速い。この電位印加絶縁化のメカニズムを調べるため、電位印加前後における構造・組成評価を行った。X線回折からはイットリウムfcc骨格の維持を確認した。一方で、重水素(D)ラベリングした薄膜を用いた水素組成評価(核反応分析法)からは薄膜-溶液間における水素含有種の拡散を示唆する結果が得られた。今後は、絶縁化メカニズムにおける電界効果と化学置換効果の判別や、水素拡散を積極的に活用した物性開拓へと展開する。

The change of charge state (H+) and H-) of water element, the utilization of internal dispersion of matter, the control of electronic properties and the application of functions are pointed out. In this paper, the authors propose a new method for the preparation of acid hydrate thin films, which is reversible, photoinduced, metal-metal migration, initial and intermediate reactions (H- →/→ H+ + 2e-). The problem of heat, high temperature and long time (>100℃, ~hours) is important. In this study, the electric field fluctuation of the state of charge control of water in the middle, high speed and high speed. In 2021, the potential of metal in aqueous solution was measured and the potential response was evaluated. The current collector and multilayer thin film of transparent conductive film (Nb-doped TiO2) are prepared by the method of reverse potential evaluation. UV light irradiation of black films in aqueous NaOH solution at +1.0 V vs. RHE potential for 10 sec. The temperature and heat of the glass are 125℃ and 2 hour. The menu of this potential Inca insulation is adjusted, and the structure and composition before and after the potential Inca are evaluated. X-ray retroflexion confirmed the maintenance of the fcc frame. The results of the evaluation of water element composition in thin film and solution (nuclear analysis) show that water element content and dispersion in thin film and solution are different. In the future, the development of chemical properties and the active use of chemical properties will be explored.

项目成果

光と加熱で、金属と絶縁体を行ったり来たり

利用光和热在金属和绝缘体之间来回切换

Photo-induced hydrogen diffusion in yttrium oxy-hydride epitaxial thin films

氢氧化钇外延薄膜中的光致氢扩散

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuya Komatsu;Jun Sugiyama;Ryota Shimizu;Kazunori Nishio;Masahiro Miyauchi;Markus Wilde;Katsuyuki Fukutani;Ryan McFadden;Martin Dehn;Victoria Karner;Derek Fujimoto;John Ticknor;Aris Chatzichristos;Monika Stachura;David Cortie;Gerald Morris
• 通讯作者: Gerald Morris

Repeatable photo-induced insulator-to-metal transition in YOxHy epitaxial thin films

YOxHy 外延薄膜中可重复的光诱导绝缘体到金属转变

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuya Komatsu;Ryota Shimizu;Ryuhei Sato;Markus Wilde;Kazunori Nishio;Daiju Matsumura;Hiroyuki Saitoh;Katsuyuki Fukutani;Shinji Tsuneyuki;Taro Hitosugi
• 通讯作者: Taro Hitosugi

高性能な光応答イットリウム化合物薄膜を作製し光照射と加熱によって絶縁体と金属の繰り返し変化に成功

创造了高性能光响应钇化合物薄膜，并成功通过光照射和加热反复将其转变为绝缘体和金属。

TRIUMF(カナダ)

凯旋（加拿大）