マイクロ波エンハンス電気化学歪み顕微鏡の原理解明とイオン伝導体等の評価への展開

本研究課題は，局所イオン導電率のイメージングにおけるマイクロ波エンハンス効果を利用した，新たなナノスケール物性評価手法を開発するものである．具体的には，１．電池用材料（正極材・負極材・固体電解質）に対するマイクロ波エンハンスESM評価，２．電池用材料以外のイオン伝導体材料に対するマイクロ波エンハンスESM評価，３．上記以外の不純物や結晶欠陥を含む材料（低イオン導電率材料）に対するマイクロ波エンハンスESM評価，４．マイクロ波によりESM信号がエンハンスされるメカニズムの解明に関する研究を今後行い，これを通じて本手法を用いた各種デバイスの劣化メカニズムの微視的解析手法の開発，あるいは逆に欠陥を積極的に利用した新原理に基づくデバイスの創出に繋げるといった応用展開を目指すものである．2022年度は前年度に立ち上げた計測装置を用いて当該研究に関連する基礎的データの収集を行った．具体的にはタンタル酸リチウム（LiTaO3）単結晶におけるマイクロ波エンハンス効果について，周波数依存性を調査した．その結果，信号の増大の程度は印加電界周波数にも依存しており，より高い周波数において増大の度合いが大きいことを明らかにした．さらにこれに加え，派生的な研究成果として，プローブ顕微鏡観察によって得られるデータセットに対する機械学習的解析手法についても開発を行った．具体的には局所C-Vマッピング法と呼ぶ，マイクロ波エンハンスESMとは異なるプローブ顕微鏡法によって得られたデータセットを解析の対象としたが，同様のアプローチはマイクロ波エンハンスESMに対しても適用可能であることが見込まれる．さらに，将来的には，マイクロ波エンハンスESMと局所C-Vマッピング法を統合したマルチモーダル計測システムに発展させることも可能である．

本研究課題は，局所イオン導電率のイメージングにおけるマイクロ波エンハンス効果を利用した，新たなナノスケール物性評価手法を開発するものである．具体的には，１．電池用材料（正極材・負極材・固体電解質）に対するマイクロ波エンハンスESM評価，２．電池用材料以外のイオン伝導体材料に対するマイクロ波エンハンスESM評価，３．上記以外の不純物や結晶欠陥を含む材料（低イオン導電率材料）に対するマイクロ波エンハンスESM評価，４．マイクロ波によりESM信号がエンハンスされるメカニズムの解明に関する研究を今後行い，これを通じて本手法を用いた各種デバイスの劣化メカニズムの微視的解析手法の開発，あるいは逆に欠陥を積極的に利用した新原理に基づくデバイスの創出に繋げるといった応用展開を目指すものである．2022年度は前年度に立ち上げた計測装置を用いて当該研究に関連する基礎的データの収集を行った．具体的にはタンタル酸リチウム（LiTaO3）単結晶におけるマイクロ波エンハンス効果について，周波数依存性を調査した．その結果，信号の増大の程度は印加電界周波数にも依存しており，より高い周波数において増大の度合いが大きいことを明らかにした．さらにこれに加え，派生的な研究成果として，プローブ顕微鏡観察によって得られるデータセットに対する機械学習的解析手法についても開発を行った．具体的には局所C-Vマッピング法と呼ぶ，マイクロ波エンハンスESMとは異なるプローブ顕微鏡法によって得られたデータセットを解析の対象としたが，同様のアプローチはマイクロ波エンハンスESMに対しても適用可能であることが見込まれる．さらに，将来的には，マイクロ波エンハンスESMと局所C-Vマッピング法を統合したマルチモーダル計測システムに発展させることも可能である．