Elucidation of peculiar strain sensitivity of strongly correlated electronic nanomaterials and creation of giant mechanical-electrical response

阐明强相关电子纳米材料的特殊应变敏感性并产生巨大的机电响应

基本信息

批准号：
22H01362
负责人：
服部梓
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

力学的刺激が生み出す物性変化は、センサ、メモリ、振動発電など多様な用途に応用でき、マテリアル革新力強化の重要課題の一つでSociety5.0を支えるナノテクノロジーとなり得る。本研究では、電子の強相関性から巨大な機械-電気応答性を潜在的に持つ金属酸化物のナノ材料を対象とし、ナノ構造試料へのひずみ印加オペランド構造・物性評価実験を通じて、応力⇔変形構造⇔変調物性の相互関係の解明、ゲージ率1000以上という機能創出を目的とし、2022年度は、・4点曲げ負荷試験システムの開発、・開発した負荷試験システムで、歪勾配印加家でのオペランド構造および電気測定の実施、を行った。凹型、凸型で0.01%までの歪勾配を試料に直接印加可能な歪印加治具を実現し、高精度かつ可逆的で定量的に歪み量を制御した負荷印可オペランド特性評価装置を実現した。独自の歪印加装置を用いて、典型的な相転移材料であるVO2の薄膜、マイクロ構造試料に対し歪み負荷での伝導特性評価を行った。100μｍサイズの薄膜から、2μmまでサイズを低下させた試料に対して試験を行ったところ、全ての試料で歪勾配により相転移温度の明瞭な変調が実現した。特筆すべきは、転移温度の変調度は試料のサイズが減少するに従って増大し、既報の歪応答性を超えた温度変調が実現した。これはフレクソエレクトリック効果が起因していることを示唆している。また、X線回折法を用いたオペランド構造評価により、歪勾配による構造変形度の3次元方向の分布を評価することができた。これにより、力学-分極-電子自由度が生み出す材料の力学特性と機能の関係の解明へとつなげていく。

机械刺激引起的物理性能变化可应用于传感器、存储器、振动发电等多种应用，并可成为支撑社会5.0的纳米技术，是强化材料创新能力的重要课题之一。在这项研究中，我们重点研究了由于电子之间的强相关性而可能具有巨大机械电响应性的金属氧化物纳米材料，并通过对纳米结构样品施加应变的操作数结构和物理性能评估实验来评估应力⇔变形。调制特性2022年，我们将开发4点弯曲负载测试系统，使用开发的负载测试系统在应变梯度应用屋进行操作数结构和电气测量，我做到了。我们开发了一种凹凸应变施加夹具，可以直接对样品施加高达0.01%的应变梯度，并实现了一种可以高精度、可逆地定量控制应变量的载荷施加操作数特性评价装置。方式。使用独特的应变应用装置，我们评估了典型相变材料 VO2 的薄膜和微结构样品在应变负载下的导电性能。当对尺寸从 100 μm 减小到 2 μm 的样品进行测试时，所有样品都实现了由于应变梯度而对相变温度的清晰调节。值得注意的是，转变温度的调制程度随着样本大小的减小而增加，实现了超过先前报道的应变响应的温度调制。这表明挠曲电效应是原因。此外，通过使用X射线衍射评估操作数结构，我们能够评估由于应变梯度而导致的结构变形程度的三维分布。这将阐明由力学、极化和电子自由度产生的材料的机械性能和功能之间的关系。