【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23KT1181
利用課題名 / Title
二次元ナノ材料に対する局所機械的特性評価方法の開発
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
二次元材料,機械的特性,強誘電性,電気-機械マルチフィジックス特性
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
平方 寛之
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
片山晴太,Zhang Yang,井置裕翔
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
井上良幸
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
面外方向の寸法が究極に小さい二次元材料において，強誘電性や電気－機械マルチフィジックス特性の存在が報告されており，局所力学場を付加することで二次元材料の強誘電性を創出・制御できる可能性がある．本研究では，局所力学場の有力な制御方法として，電極基板上の二次元材料に対する圧子押込みによるき裂の生成・制御方法を考案する．本手法では，圧子押込み試験を基板上に設置したマイクロサイズの二次元材料に対して実施する必要がある．このため，貴拠点の「超微小材料機械変形評価装置」を用いて，マイクロ試験片に対して圧子押込み試験を実施する．
実験 / Experimental
供試材は，2H相MoS2結晶（2D Semiconductors社製）である．電極基板には，鏡面研磨されたSi（100）基板にAuをスパッタリング法により製膜したものを用いた．二次元材料への圧子押込み試験には，KT-322：超微小押込み硬さ試験機（エリオニクス社製，ENT-2100）を用いた．Fig.1は試験片のAFM像を示す．圧子押込み試験実施後，二次元材料の圧痕付近に対して走査型プローブ顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製，AFM5300E）の圧電応答力顕微鏡モードを用いて面外及び面内方向の電気機械応答を測定した．
結果と考察 / Results and Discussion
MoS2に対する押込み試験におけるP-h曲線と試験後のSEM像をFig. 2とFig. 3に示す．圧痕中心から稜線に沿った3本の半径方向のき裂が生成した．P-h曲線において，荷重が0.2 mN付近でポップインが発生した．このポップインの時点で半径方向のき裂が生成したと考えられる．圧子の除荷後もき裂が開口し，き裂先端近傍に特異ひずみ場・ひずみ勾配場が存在する場合，圧電応答やフレキソ効果により電気機械応答が変化する可能性がある．しかし圧電応答力顕微鏡による電気機械応答の測定で，き裂先端の特異場によると思われる応答の変化は確認されなかった．そのため二次元材料に対してき裂は導入できたものの除荷されており，き裂先端に意図した通りの特異場を形成できていない可能性がある．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1(a) MoS2 specimen on substrate. Topography
Fig.1(b) MoS2 specimen on substrate. A-B profile in Fig1(a)
Fig.2 Loading curve in indentation test
Fig.3 SEM image of generated cracks.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件