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。

机械刺激产生的物理特性可以应用于传感器，内存和振动发电等各种应用，并可以成为支持社会5.0的纳米技术，这是增强材料创新能力的关键问题之一。这项研究集中在金属氧化物的纳米材料上，这些金属氧化物的纳米材料由于电子的强相关性而具有巨大的机械电气反应性，旨在通过评估对纳米结构样品的应变来评估应变的应变结构和调节物理性能之间的相互关系，并与纳米结构的样品相关，并与1,000级的纳米结构相关。在2022财年中，开发了一个四点弯曲负载测试系统，并且使用开发的负载测试系统在应变梯度中进行操作数结构和电气测量。已经实现了可以直接将高达0.01％的应变梯度应用于凹形和凸形的样品的应变梯度，并已实现了负载施加的操作数特性评估设备，该设备以高精度，可逆性和定量方式控制应变量。使用唯一的应变施用装置，在薄膜上的应变载荷和Vo2的微结构样品（一种典型的相变材料）的样品中评估了传导特性。对从100μm尺寸的薄膜降低到2μm的样品进行了测试，并且由于应变梯度，在所有样品中都可以清晰地调节相变温度。特别值得注意的是，过渡温度的调节程度随着样本量的减少而增加，导致温度调节超过了先前报道的应变响应。这表明挠性效应归因于柔性效应。此外，通过使用X射线衍射评估操作数结构，可以评估由于三维方向上应变梯度引起的结构变形的分布。这将导致阐明由机械，极化和电子自由度产生的机械性能与功能之间的关系。