精密合成された複合ナノクラスターの集積薄膜作製と機能性デバイスへの応用

精密合成复合纳米团簇集成薄膜的制备及其在功能器件中的应用

基本信息

批准号：
19J22141
负责人：
横山高穂
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までに、3-5族の金属を内包したM@Si16の集積膜における電気伝導性評価を行い、内包する金属の族と周期に依存して電気特性が変化することを明らかにした。また、作製したM@Si16膜はいずれも非晶質であるため、結晶性を高めることでM@Si16の電子構造がより鋭敏に集合体物性に反映される可能性がある。そこで本年度は、(i)6族金属を内包したM@Si16の作製と電気特性評価、(ii)M@Si16膜の秩序性向上に向けた検討、の2つの課題に取り組んだ。(i)では、6族金属であるタングステン(W)を内包したW@Si16を気相合成し、集積膜の電気特性を評価した。W@Si16では5族金属を内包した場合と比較して価電子が増加するため、伝導度が増加すると予想されたが、W@Si16膜はより小さい伝導度を示した。W@Si16は中性状態でヤーン・テラー効果によりケージ構造がひずむことが知られており、対称性の低下が伝導度を下げていると考えられる。ひずみのないW@Si15の集積膜を評価したところ、W@Si16と比較して高い伝導度を示したことから、中性状態での幾何構造が電気伝導性に影響するという知見が得られた。(ii)では、蒸着中に加熱を行うことでM@Si16の拡散を促進し、結晶性を高められるのではないかと着想した。温度可変蒸着ステージを独自に設計・構築することで、基板温度を制御した蒸着を可能にした。基板温度を変化させて蒸着を行ったところ、M@Si16膜が全体的に酸化されていることを示唆する結果となった。原因として、温度が上昇することでM@Si16が活性になり、真空槽内の残留ガスと反応した可能性が挙げられる。以上のように、本年度の研究遂行によってM@Si16の電子構造のみでなく幾何構造が集積膜に与える影響を明らかにするとともに、秩序集積化に向けた課題が明らかとなった。

直到上一年，我们评估了M@SI16包含3-5种金属的集成膜的电导率，揭示了电性能根据其中包含的金属和周期而变化。此外，由于所有制备的M@SI16膜都是无定形的，因此通过增加结晶度，M@Si16的电子结构可能会更敏感地反映在组装物理特性中。因此，今年我们解决了两个问题：（i）M@SI16包含6类金属的M@SI16和电性能的评估，以及（ii）改善M@SI16电影的排序的研究。在（i）中，含有钨（W）的W@Si16是蒸气相合成的，以评估集成膜的电气性能。尽管W@SI16显示出较小的电导率，但与封装5类金属相比，价电子增加。 W@Si16已知由于中立状态的纱线效应而导致笼子结构的变形，并且人们认为对称性的降低会降低电导率。当我们评估无应变W@SI15的集成膜时，与W@SI16相比，它显示出更高的电导率，并且我们发现中性状态的几何形状会影响电导率。在（ii）中，我们认为蒸发过程中的加热可以促进M@Si16的扩散并增加结晶度。通过设计和构建可变温度沉积阶段，可以将基板温度沉积为受控温度。沉积是用不同的底物温度进行的，结果表明M@Si16膜总体被氧化。一个可能的原因是，随着温度升高并与真空室中的残留气体反应，m@si16变得活跃。如上所述，今年进行的研究不仅阐明了M@SI16的电子结构的影响，而且还阐明了集成膜上的几何结构，并且已经阐明了秩序集成的问题。