Study of metal-insulator transitions in strongly correlated electron material nanocrystals

• Project/Area Number: 17K05501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: Ishiwata Yoichi 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (00373267)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: ナノ結晶 / 金属絶縁体転移 / 強相関電子系物質 / 溶液合成 / 光電子分光 / 物性実験 / ナノ材料 / 強相関電子系

Outline of Final Research Achievements

In strongly correlated electron materials, various ordered phases appear depending on temperature, pressure, and impurity concentration, while how the reduction in crystal size to the nanometer scale influences the phase stability is not clear. In this study, we revealed that high titanium doping into vanadium oxide V2O3 with a crystal size as small as 20 nm induces new insulating phases, in contrast to the corresponding result in the bulk. This phase change can be attributed to the enhancement on the on-site Coulomb interaction and the occurrence of large structural distortion.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、酸化バナジウムナノ結晶を用いて、強相関電子系物質における結晶サイズの低下が、その相の安定性を決める重要なファクターである電子間相互作用と結晶構造パラメータに大きな影響を与えることを示した。これによって強相関電子系物質の相制御に結晶サイズが有用となる可能性を示すことができた。さらには、強相関電子系物質を用いた極微デバイスの開発に向けて、そのナノメートルサイズでの相図を示したことに意義があると考えている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NSRRC (Taiwan)(その他の国・地域 Taiwan)
• [Int'l Joint Research] NSRRC (Taiwan)(その他の国・地域 Taiwan)
• [Int'l Joint Research] NSRRC(Taiwan)
• [Journal Article] Corundum insulating phases in highly Ti-doped V2O3 nanocrystals (2020)
  • Author(s): Ishiwata Yoichi, Maruyama Toru, Otsuru Sho, Tsukahara Takuto, Ishii Hirofumi, Liao Yen-Fa, Tsuei Ku-Ding, Imamura Masaki, Takahashi Kazutoshi, Inagaki Yuji, Kawae Tatsuya, Kida Tetsuya, Suehiro Satoshi, Nantoh Masashi, Ishibashi Koji
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Issue: 3 Pages: 035415-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.035415
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] hcp NiCo合金ナノ結晶の磁性と電子状態 (2019)
  • Author(s): 大鶴翔, 柿原美希, 塚原拓都, 原田一大, 赤司健太, 稲垣祐次, 河江達也, 石井啓文, Yen-Fa Liao, Ku-Ding Tsuei, 木田徹也, 南任真史, 石橋幸治, 石渡洋一
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] CoドープZnOナノ結晶における磁性と電子状態の相関 (2019)
  • Author(s): 塚原拓都, 安敏志, 大鶴翔, 原田一大, 手塚泰久, 稲垣祐次, 河江達也, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 木田徹也, 南任真史, 石橋幸治, 石渡洋一
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] 六方最密構造NiCo 合金ナノ結晶の磁性と電子状態 (2019)
  • Author(s): 大鶴翔, 柿原美希, 塚原拓都, 原田一大, 赤司健太, 稲垣祐次, 河江達也, 石井啓文, Yen-Fa Liao, Ku-Ding Tsuei, 木田徹也, 南任真史, 石橋幸治, 石渡洋一
  • Organizer: 第125 回日本物理学会九州支部例会
• [Presentation] 3d 遷移金属ドープZnO ナノ結晶の磁性と電子状態 (2019)
  • Author(s): 塚原拓都, 安敏志, 大鶴翔, 原田一大, 手塚泰久, 足立純一, 稲垣祐次, 河江達也, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 木田徹也, 南任真史, 石橋幸治, 石渡洋一
  • Organizer: 第125 回日本物理学会九州支部例会
• [Presentation] CrドープV2O3ナノ結晶の光電子分光 (2019)
  • Author(s): 原田一大, 大鶴翔, 石井啓文, Yen-Fa Liao, Ku-Ding Tsuei, 今村真幸, 高橋和敏, 稲垣祐次, 河江達也, 木田徹也, 南任真史, 石橋幸治, 石渡洋一
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] TiおよびCrドープV2O3ナノ結晶の光電子分光 (2018)
  • Author(s): 石渡洋一, 丸山徹, 今村真幸, 高橋和敏, 石井啓文, 稲垣祐次, 河江達也, 木田徹也, 南任真史
  • Organizer: 第12回九州シンクロトロン光研究センター研究成果報告会
• [Presentation] TiドープV2O3における常磁性絶縁体相 (2018)
  • Author(s): 石渡洋一, 丸山徹, 石井啓文, Yen-Fa Liao, Ku-Ding Tsuei, 今村真幸, 高橋和敏, 稲垣祐次, 河江達也, 木田徹也, 末廣智, 南任真史, 石橋幸治
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 準安定相hcp NiCo合金の磁性と電子状態 (2018)
  • Author(s): 大鶴翔, 長谷川陽平, 塚原拓都, 柿原美希, 赤司健太, 稲垣祐次, 河江達也, 石井啓文, Yen-Fa Liao, Ku-Ding Tsuei, 木田徹也, 南任真史, 石橋幸治, 石渡洋一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] CoドープZnOナノ結晶の磁性と電子状態 (2018)
  • Author(s): 塚原拓都, 安敏志, 大鶴翔, 手塚泰久, 稲垣祐次, 河江達也, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 木田徹也, 南任真史, 石橋幸治, 石渡洋一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] V2O3ナノ結晶の金属絶縁体転移におけるTiドーピング効果 (2017)
  • Author(s): 丸山徹, 今村真幸, 高橋和敏, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 稲垣佑次, 河江達也, 木田徹也, 南任真史, 石渡洋一
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] NiSナノ結晶の金属絶縁体転移 (2017)
  • Author(s): 牛島幸輝, 今村真幸, 高橋和敏, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 稲垣祐次, 河江達也, 木田徹也, 南任真史, 石渡洋一
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] CoドープZnOナノ粒子の磁性と電子状態 (2017)
  • Author(s): 安敏志, 稲垣祐次, 河江達也,手塚泰久, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 木田徹也, 南任真史, 石渡洋一
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 準安定相fcc CoCu合金ナノ粒子の磁性 (2017)
  • Author(s): 柿原美希, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 稲垣祐次, 河江達也, 木田徹也, 南任真史, 石渡洋一
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] V2O3ナノ結晶の金属絶縁体転移におけるTiおよびCrドーピング効果 (2017)
  • Author(s): 丸山徹, 今村真幸, 高橋和敏, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 稲垣佑次, 河江達也, 木田徹也, 南任真史, 石渡洋一
  • Organizer: 平成29年度応用物理学会九州支部学術講演会
• [Presentation] NiSナノ結晶の金属絶縁体転移 (2017)
  • Author(s): 牛島幸輝, 今村真幸, 高橋和敏, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 稲垣祐次, 河江達也, 木田徹也, 南任真史, 石渡洋一
  • Organizer: 平成29年度応用物理学会九州支部学術講演会
• [Presentation] CoドープZnOナノ粒子凝集体の磁性と電子状態 (2017)
  • Author(s): 安敏志, 稲垣祐次, 河江達也,手塚泰久, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 木田徹也, 南任真史, 石渡洋一
  • Organizer: 平成29年度応用物理学会九州支部学術講演会
• [Presentation] 準安定相fcc CoCu合金ナノ粒子の磁性と電子状態 (2017)
  • Author(s): 柿原美希, 石井啓文, Yen-Fa Liao, 稲垣祐次, 河江達也, 木田徹也, 南任真史, 石渡洋一
  • Organizer: 平成29年度応用物理学会九州支部学術講演会