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遷移金属酸化物ナノ構造体における超巨大物性発現とナノデバイス展開

Research Project

Project/Area Number 11J03950
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

高見 ヒデフミ (2013)  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)

高見 英史 (2011-2012)  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords二酸化バナジウム / 金属-絶縁体転移 / ナノ構造 / ドメイン / ペルチェ冷却効果 / 熱電効果 / エレクトロニクス / ナノインプリント / 強相関電子系 / 室温巨大スイッチング / エレクロトニクス
Research Abstract

私は、多彩な物性および外場に対する巨大応答を示す3d遷移金属酸化物のうち、二酸化バナジウム(VO_2)のナノ構造に関する研究を行っている。VO_2は341Kにおいて結晶構造変化を伴う急峻な金属-絶縁体転移を示す材料であり、Wドープにより相転移が室温で発現すると共に、ナノサイズの領域において金属相と絶縁相のドメインに分離することが報告された強相関電子系材料である。私はWドープVO_2薄膜の単一ナノドメインの物性を抽出・制御し、従来の薄膜デバイス特性を遥かに凌駕した室温で動作する超高性能スイッチング素子への応用を考え、実現することを目的としている。前年度までに私は、1. ナノインプリントを用いたVO_2ナノ構造作製技術の確立および2. 作製した2端子ナノデバイスにおける電気抵抗の温度依存性において最大10万%/Kの変化率を伴う単一電子相由来の階段状金属-絶縁体転移を発現させることに成功してきた。当該年度は、この巨大金属-絶縁体転移を電気的に制御することを目指し、ドメイン相界面で発現するペルチェ冷却効果を用いることで、高温で安定である金属ドメインから低温で安定である絶縁体ドメインへ電気的に不揮発で制御できることを世界で初めて明らかにした。従来、VO_2の2端子素子における電気制御は、絶縁体から金属相への一方向しか達成されておらず、不揮発メモリ動作に必須である書き込みと消去の両方を達成した報告例は無かった。私は、VO_2を微細加工してドメイン配列を一次元化させることができれば、ドメイン界面に電流が流れ、熱電効果のひとつであるペルチェ冷却効果が使えることに着目し、この問題点を克服した。このことにより、Si材料の微細加工による性能向上限界を迎えつつある半導体業界に対し、新しい機能性材料創出というイノベーションを起こすことができ、科学技術の進歩による豊かで安心・安全な社会の発展に大きく貢献できる。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2014 2013 2012 2011 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (10 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Multistep metal insulator transition in V0_2 nanowires on Al_2O_3 (0001) substrates2014

    • Author(s)
      H. Takami, T. Kanki and H. Tanaka
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 104

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Artificial Three Dimensional Oxide Nanostructures for High Performance Correlated Oxide Nanoelectronics2014

    • Author(s)
      H. Tanaka, H. Takami, T. Kanki, A. N. Hattori, and K. Fujiwara
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: (掲載確定)

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Metal-insulator transition with multiple micro-scaled avalanches in VO_2 thin film TiO_2(001) substrates2012

    • Author(s)
      K. Kawatani, H. Takami, et al.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 100 Issue: 17 Pages: 173112-173112

    • DOI

      10.1063/1.4709429

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Filling-controlled Mott transition in W-doped VO_22012

    • Author(s)
      H.Takami, et al.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 85 Issue: 20 Pages: 205111-205111

    • DOI

      10.1103/physrevb.85.205111

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct observation of giant metallic domain evolution driven by electric bias in VO_2 thin films on TiO_2(001) substrate2012

    • Author(s)
      T. Kanki, H. Takami, et al.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 14 Pages: 243118-243118

    • DOI

      10.1063/1.477221

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tuning metal-insulator transition by one dimensional alignment of giant electronic domains in artificially size-controlled epitaxial VO_2 wires2012

    • Author(s)
      H. Takami, et al.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 26 Pages: 263111-263111

    • DOI

      10.1063/1.4773371

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] VO_2マイクロワイヤーにおける局所的金属-絶縁体電子相界面形成とその電気測定2013

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      第60回春季応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学、神奈川
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of digital metal-insulator transition for tailor-made VO_2 nanowires on Al_2O_3(0001) substrates2013

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      The 13^<th> Japan-Korea-Taiwan Symposium on Strongly correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      大阪大学、大阪
    • Year and Date
      2013-01-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Tailor-made VO_2 Nanowires on Al_2O_3 (0001) Substrates for Digitized Metal-insulator Transition2012

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      2012 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Hynes convention center, Boston, USA
    • Year and Date
      2012-11-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Dimension Control of Electronic Phase Configuration Consisting of Metal-insulator Domains in VO_2 Wires on TiO_2 (001) Substrates2012

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      2012 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Hynes convention center, Boston, USA
    • Year and Date
      2012-11-26
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Al_2O_3(0001)基板上のVO_2ナノワイヤーにおける多値金属-絶縁体相転移2012

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      第73回秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学、愛媛
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] TiO_2(001)基板上のVO_2ワイヤーにおける金属・絶縁体ドメイン配列の次元性評価2012

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京)
    • Year and Date
      2012-03-17
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of epitaxial VO_2 nanostructured thin films and their electronic properties2011

    • Author(s)
      神吉輝夫
    • Organizer
      2011 MRS Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston (Massachusetts, U.S.A)
    • Year and Date
      2011-12-01
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Epitaxial VO_2 Nanolines Fabricated by Using a Nanoimprint Lithography Technique2011

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      7^<th> Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪)
    • Year and Date
      2011-11-10
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of epitaxial VO_2 nanostructured thin films using a nanoimprint lithography technique2011

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      18^<th> International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      Napa Valley (California, U.S.A)
    • Year and Date
      2011-09-26
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノインプリント法によるVO_2ナノ構造体の作製2011

    • Author(s)
      高見英史
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形)
    • Year and Date
      2011-09-01
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bis/

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bis/

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bis/

    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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