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Development and control of novel physical properties of transition metal oxides by applying the principle of lithium ion battery

Research Project

Project/Area Number 18J10171
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Device related chemistry
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

相馬 拓人  東京工業大学, 物質理工学院, 助教

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords酸化物エレクトロニクス / 強相関物性 / エピタキシャル成長 / 電気化学 / Liインターカレーション / 遷移金属酸化物
Outline of Annual Research Achievements

本研究の独自性である「エピタキシャル薄膜成長」と「化学反応」という技術を駆使し,様々な材料系に着目し遷移金属酸化物の新しい物性の開拓・制御を試みた.本年度は,主に層状Li1-xNbO2という材料に注力し,新たな発見が得られた.
昨年度の研究においてLi1-xNbO2という材料を再発見した.1990年ごろから超伝導体として知られていた本物質は,高品質なエピタキシャル薄膜として合成すると初のp型透明超伝導体となることが明らかとなった。しかしながらその理由は未だ不明であり,その解明が急務であった.そこで,今年度は以下の2点に着目し物性の解明と制御に取り組んだ.
①[p型透明超伝導性の解明]
電気測定と光学測定の結果を詳細に解析することで,強相関電子と孤立バンド構造がp型透明超伝導性を引き起こしていることが明らかになった。二次元NbO2層に閉じ込められた電子は強相関電子を創り出した.この有効質量が増大した電子は超伝導を引き起こすと共にプラズマエネルギーを低くし,赤外領域の透明性を向上させた。一方で,NbO6三角柱配位構造が孤立バンド構造を創り出した.これはp型導電性を実現すると共に余分なバンド吸収を抑え,紫外領域の透過率を向上させた.本物質ではこれら2つの効果が共存していることにより,p型透明超伝導性が実現していることが解明された.これらは物質探索の新たな指針も提供しており,物理的にも興味深い.
②[p型透明超伝導特性の制御]
Li1-xNbO2は層状構造を有しており,Li充放電反応に有利であると推測できる.作製に成功した薄膜を電極とした電気化学セルを作製し,更に電気伝導性を測定する4端子測定電極を追加したLiイオン電池+トランジスタの機能を持つデバイスを自作した.その結果,Liイオン充放電反応に伴い超伝導特性が可逆的かつ完全に制御することに成功した.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Electronic properties across metal-insulator transition in β-pyrochlore-type CsW2O6 epitaxial films2018

    • Author(s)
      Soma Takuto、Yoshimatsu Kohei、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Ohtomo Akira
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 2 Issue: 11 Pages: 115003-115003

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.2.115003

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 透明Li1-xNbO2薄膜におけるシングルバンド二次元ホール超伝導2019

    • Author(s)
      相馬 拓人, 吉松 公平, 堀場 弘司, 組頭 広志, 大友 明
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] PLD 法による層状岩塩型LiVO2とスピネル型LiV2O4の選択的薄膜成長2019

    • Author(s)
      矢島 達也, 相馬 拓人, 大友 明
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Highly reversible Li-ion (de)intercalation to metastable β-MoO32019

    • Author(s)
      Shuxin Zhang, Takuto Soma, Tatsuya Yajima, Akira Ohtomo
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Two-dimensional hole superconductivity in transparent Li1-xNbO2 epitaxial films2019

    • Author(s)
      Takuto Soma, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • Organizer
      26th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE26)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Epitaxial stabilization of metastable β-MoO3 films for reversible Li-ion intercalation2019

    • Author(s)
      Shuxin Zhang, Takuto Soma, Tatsuya Yajima, Akira Ohtomo
    • Organizer
      26th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE26)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrochemical doping to early-transition-metal oxide superconductors2019

    • Author(s)
      Takuto Soma, Tatsuya Yajima, Shuxin Zhang, Akira Ohtomo
    • Organizer
      26th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE26)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] PLD法によるエピタキシャル薄膜成長:層状岩塩型LiVO2とスピネル型LiV2O4の選択的結晶合成2019

    • Author(s)
      矢島 達也, 相馬 拓人, 大友 明
    • Organizer
      第9回 CSJ化学フェスタ2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Transparency and Two-dimensional Hole Superconductivity in Li1-xNbO22019

    • Author(s)
      Takuto Soma, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019 (MRM 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 層状LiNbO2におけるp型透明超伝導: NbO6三角柱が創る新規電子状態2019

    • Author(s)
      相馬 拓人,吉松 公平,堀場 弘司,組頭 広志,大友 明
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 層状p型半導体LiRhO2の薄膜成長と電気伝導性制御2019

    • Author(s)
      相馬 拓人,吉松 公平,大友 明
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 層状LiNbO2の薄膜合成とLi充放電反応を用いた超伝導特性の制御2018

    • Author(s)
      相馬 拓人,吉松 公平,大友 明
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 重い電子系スピネルLiV2O4 の薄膜成長と電気化学的Li 挿入2018

    • Author(s)
      矢島 達也,相馬 拓人,吉松 公平,大友 明
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 電気化学反応による重い電子系スピネルLiV2O4薄膜の電気伝導性変調2018

    • Author(s)
      矢島 達也,相馬 拓人,吉松 公平,大友 明
    • Organizer
      第8回 CSJ化学フェスタ2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrochemical Li-Ion Intercalation for Control of Electronic Phases in Transition-Metal Oxide Epitaxial Films2018

    • Author(s)
      Takuto Soma, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • Organizer
      2018 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] Researchmap - 相馬 拓人

    • URL

      https://researchmap.jp/Takuto_Soma/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京工業大学 物質理工学院 大友研究室

    • URL

      http://www.ohtomo.apc.titech.ac.jp/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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