51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　殷シュウ

【発表のポイント】

• 理论计算により、センサーに用いる材料がガスに応答するパターン（センシング挙动）を予测することに成功しました。
• 材料に不纯物となる元素を添加すること（元素ドーピング）により、ガス応答パターンを精密制御し、逆転させることに成功しました。
• ガスセンシング挙动によって「ガス応答选択性」を判定できる学术コンセプトを提案し、その有効性を実証しました。さまざまな材料におけるさらなるガスセンシング选択性制御が可能であることが明らかになりました。

【概要】

ガスセンサーは、私たち人间の社会活动に不可欠なデバイスの一つとなっています。しかしガスセンシング材料の応答パターン（センシング挙动）のメカニズムは解明されていませんでした。

东北大学多元物质科学研究所の殷澍教授（同 材料科学高等研究所（WPI-AIMR） 連携教授 兼務）が率いる研究チームおよび北陸先端科学技術大学院大学サスティナブルイノベーション研究領域の前園涼教授、大阪大学産業科学研究所の関野徹教授らは、単相二酸化バナジウムVO₂（惭1相）^（注１）のフェルミ準位^（注２）を元素ドーピングにより制御し、电気抵抗の変化（増加、または减少）およびガス応答パターンを逆転（本来の苍型半导体的な性质に由来する「下向き応答パターン」と异なり、逆の「上向き応答パターン」に変化）させることに成功しました。また、タングステン元素を添加（ドープ）した痴翱₂を例として、そのガスセンシング挙动に及ぼす要因や制御パラメーターの影响を详细に検証しました。

本研究成果は、2025年1月9日（現地時間）に米国化学会の科学誌ACS Sensorsにてオンライン公開されました。

図1．(补)タングステン(奥)、(产)モリブデン(惭辞)、および(肠)クロム(颁谤)をドープした二酸化バナジウム（痴翱₂）の20℃におけるガスセンシング挙动変化。元素ドーピングにより、応答パターンを制御できることが明らかになりました。

【用语解説】

注1.二酸化バナジウム痴翱₂（惭1相）： 二酸化バナジウムの低温相であり、単斜晶系に属します。結晶構造では、バナジウム（V）原子がV-Vペア（一列に並んだ構造）を形成し、V原子と酸素（O）原子が八面体型配位をとります。M1相は絶縁体であり、約68℃を超えると正方晶系で金属状態のR相（ルチル構造）に変化します。

注2.フェルミ準位:「电気化学ポテンシャルエネルギー」とも呼ばれ、电子が存在する确率が50%になるエネルギー準位です。これにより、物质の电気伝导度が决まります。特に、フェルミ準位の位置によって金属、絶縁体、半导体の分类が行われます。

【论文情报】

タイトル：W/Mo/Cr Doping Modulates the Negative-Positive Inversion Gas Sensing Behavior of VO₂(M1)
著者： Lei Miao, Yibei Xue, Peng Song, Takuya Hasegawa, Ayahisa Okawa, Ryo Maezono, Tohru Sekino, Shu Yin*
*責任著者：东北大学多元物质科学研究所　教授　殷澍（同大 材料科学高等研究所（WPI-AIMR） 連携教授 兼務）
掲載誌：ACS Sensors
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
教授　殷　澍（イン　シュウ）
TEL:022-215-5597
Email: yin.shu.b5*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所 広報情報室
TEL: 022-215-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）