金属/絶縁体相転移界面におけるフォノン散乱挙動の解明

阐明金属/绝缘体相变界面的声子散射行为

• 批准号: 21K14092
• 负责人: 馬場 将亮
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14092/
• 关键词: 熱制御; 金属―絶縁体相転移材料

本研究の目的は，金属/絶縁体界面におけるフォノン散乱挙動の解明である．金属/絶縁体界面をつくる手法としては，二酸化バナジウム(VO2)とタングステンドープしたVO2（W-VO2）を用いる．VO2は室温付近で可逆的な相転移をする材料であり，相転移温度以下では絶縁体(単斜晶)，相転移温度以上では金属(正方晶)となる．また，VO2にWをドープすると相転移温度が低下する．VO2とW-VO2の積層体(VO2/W-VO2)では，両材料の異なる相転移温度に起因して，ある温度範囲において積層界面が金属/絶縁体界面となる．金属/絶縁体界面でフォノン散乱が起きるとすると，この温度範囲において素子の熱抵抗が増加し，熱が流れづらくなる．つまり，ある温度範囲だけ高い熱抵抗を示す素子が作製できる．本技術が確立すれば，熱レギュレータ（温度を一定に保つ素子），熱ダイオード（熱流を整流する素子）を容易に設計できる．また，熱レギュレータ，熱ダイオードとしての性能も積層数を変更することで制御できる．本年度は昨年度に続きRFマグネトロンスパッタリングを用いてVO2/W-VO2積層体および各材料の単相素子の作製を行った．作製した積層素子に金属/絶縁体界面があると熱抵抗が増加することも確認できた．ただし，作製した素子および測定回数が少ないため，再現性を確認する必要がある．特に積層膜に金属/絶縁体界面が生じている事を実験的に確かめる必要がある．そこで最終年度は，各温度で光の反射率，透過率を測定し，光物性の変化から界面の有無を明らかにする．光物性の測定を基に界面が生じる条件を特定し，熱伝導率を測定することで界面の熱抵抗を明らかにする．

这项研究的目的是阐明在金属/绝缘子界面上声子散射的行为。创建金属/绝缘子界面的方法是使用二氧化钒（VO2）和掺杂的VO2（W-VO2）。 VO2是一种在室温附近进行可逆相变的材料，并且是相变温度以下的绝缘体（单斜晶体），而相变温度的金属（四方晶体）。此外，用W掺杂Vo2降低了相变温度。在VO2和W-VO2（VO2/W-VO2）的层压板中，由于两种材料的不同相过渡温度，层压界面成为一定温度范围内的金属/绝缘体界面。如果声子散射发生在金属/绝缘子界面上，则设备的热电阻在此温度范围内增加，从而使热量很难流动。换句话说，可以制造在特定温度范围内表现出较高热电阻的元素。一旦建立了这项技术，就可以轻松设计热调节器（保持温度恒定的元素）和热二极管（使热电流的元素）。此外，可以通过更改堆叠层的数量来控制热调节器和热二极管的性能。今年，与上一个财政年度一样，我们使用RF Magnetron溅射制造了每种材料的VO2/W-VO2层压板和单相元素。还证实，制成的层压元件的金属/绝缘子界面会增加热电阻。但是，由于制造的元素和测量数量很少，因此有必要检查可重复性。特别是，有必要通过实验验证金属/绝缘体界面是否发生在层压膜中。因此，在最后一年，在每个温度下测量光的反射率和透射率，并根据光学性质的变化确定界面的存在或不存在。根据光学性质的测量，确定了发生界面的条件，并通过测量导热率来确定界面的热电阻。

项目成果

スパッタ法で成膜したVO2薄膜の物性に及ぼすWドープの影響

W掺杂对溅射法沉积VO2薄膜物理性能的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Nemoto Kosei;Takeuchi Ryosei;Baba Masaaki;Takeda Masatoshi;Yamada Noboru;石原島弘明，馬場将亮，畑山祥吾，齊藤雄太，内田紀行，武田雅敏
• 通讯作者: 石原島弘明，馬場将亮，畑山祥吾，齊藤雄太，内田紀行，武田雅敏

Crystallization behavior of sputter-grown amorphous VO2 thin films and the effects of W doping on physical properties

溅射生长非晶VO2薄膜的结晶行为及W掺杂对物理性能的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Ishiharajima;M. Baba;S. Hatayama;Y. Saito;N. Uchida;M. Takeda
• 通讯作者: M. Takeda

Output power leveling of on-chip thermoelectric generator using a solid?solid phase change material

使用固相变材料的片上热电发生器的输出功率均衡

• DOI: 10.1016/j.est.2022.106119
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Energy Storage
• 影响因子: 9.4
• 作者: Nemoto Kosei;Takeuchi Ryosei;Baba Masaaki;Takeda Masatoshi;Yamada Noboru
• 通讯作者: Yamada Noboru