電気二重層トランジスタ動作下の軟X線吸収分光による酸化物金属絶縁体転移機構の解明
Project/Area Number |
21K14541
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Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
Principal Investigator |
北村 未歩 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (00783581)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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Keywords | 軟X線吸収分光 / オペランド分光 / 電気二重層トランジスタ / 強相関酸化物 / 金属絶縁体転移 / 遷移金属酸化物 |
Outline of Research at the Start |
本研究では、軟X線を可視光変換して検出する転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収分光を用いて、イオン液体を用いた電気二重層トランジスタ動作下での軟X線吸収スペクトルの取得を達成する。さらに得られた吸収スペクトルを用いてNdNiO3における電気二重層トランジスタ動作下での金属絶縁体転移温度の変調メカニズムを明らかにする。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、転換可視蛍光収量法を用いた透過型軟X線吸収分光を用いて、電気二重層トランジスタ動作下でのキャリア蓄積領域の軟X線吸収分光を達成する。これにより、強相関Ni酸化物をチャネル層とし、イオン液体を用いた電気二重層トランジスタ構造における、キャリアドープによる金属絶縁体転移の変調メカニズムを電子状態の観点から明らかにすることを目的とする。 2021年度は、チャネル層とする薄膜そのものの転換可視蛍光収量法を用いた透過型軟X線吸収スペクトルの取得を試みた。具体的には、LaAlO3蛍光基板上にNdNiO3薄膜を作製し、転換可視蛍光収量法を用いた透過型軟X線吸収分光測定を行った。しかしながら、基板中のLaイオンの影響で目的のNiの吸収スペクトルを明瞭に得ることができなかった。そのため2022年度は、蛍光基板をLaイオンを含有しないものに選定し直し、その基板上で作製可能なNi酸化物であるSmNiO3薄膜を作製して転換可視蛍光収量法を用いた透過型軟X線吸収スペクトルの取得を試みた。その結果、基板の影響を抑えたNiの吸収スペクトルを得ることに成功し、温度依存の金属絶縁体転移に伴うNi吸収スペクトルの変化を観測できた。さらに、電気二重層トランジスタ構造に用いるイオン液体について検討を行い、イオン液体の下層の転換可視蛍光収量法を用いた透過型軟X線吸収スペクトルが取得可能なイオン液体の種類と塗布方法を決定した。来年度は、実際にイオン液体を用いた電気二重層トランジスタ構造を作製し、デバイス動作下でのスペクトル取得を試みる。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度にLaAlO3蛍光基板上にNdNiO3薄膜を作製し、転換可視蛍光収量法を用いた透過型軟X線吸収分光測定を行った。その結果、基板のLaイオンによる蛍光発光の影響が予想以上に大きく、評価したいNdNiO3薄膜中のNiイオンの吸収スペクトルがこれに埋もれてしまうことが明らかになった。そのため、この構造では目的を達成できないと判断し、Laイオンを含まない別の蛍光基板の探索を行って今後はYAlO3基板上にデバイス作製することに決定した。今年度は、YAlO3基板上に作製することができるNi酸化物としてSmNiO3を選択し、薄膜作製を行った。材料の変更により金属絶縁体転移温度が室温以上に上昇したため、冷却用クライオスタットの改造を行って、転換可視蛍光収量法による透過型軟X線吸収分光を用いて、温度依存の金属絶縁体転移に伴うNiイオンの吸収スペクトルの変化を観測することに成功した。さらに、電気二重層トランジスタ構造に使用するイオン液体選定を行った。酸化物薄膜上に複数種のイオン液体を塗布し、酸化物薄膜の転換可視蛍光収量法を用いた透過型軟X線吸収分光測定を行うことで、使用するイオン液体の種類と塗布方法を決定した。
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Strategy for Future Research Activity |
来年度は、今年度決定したYAlO3基板上にSmNiO3薄膜チャネル層の構造を作製し、金属電極をパターニングし、選定したイオン液体を塗布することで、電気二重層トランジスタ構造を作製する。作製した電気二重層トランジスタにゲート電圧を印加し、キャリアドープによるNi酸化物の金属絶縁体転移温度の変調を確認する。オペランド測定を行うために、X線吸収分光測定用のクライオスタットに対して、電圧印加の機構と電圧印加可能な試料ホルダーの作製を行う。これらを用いて、転換可視蛍光収量法を用いた透過型軟X線吸収分光による、電気二重層トランジスタ動作下でのキャリア蓄積領域の軟X線吸収分光を達成する。これにより、強相関Ni酸化物をチャネル層とし、イオン液体を用いた電気二重層トランジスタ構造における、キャリアドープによる金属絶縁体転移の変調メカニズムを電子状態の観点から明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(36 results)
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[Journal Article] Direct Imaging of Band Structure for Powdered Rhombohedral Boron Monosulfide by Microfocused ARPES2023
Author(s)
Katsuaki Sugawara, Haruki Kusaka, Tappei Kawakami, Koki Yanagizawa, Asuka Honma, Seigo Souma, Kosuke Nakayama, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi, Shin-ichi Orimo, Masayuki Toyoda, Susumu Saito, Takahiro Kondo, and Takafumi Sato
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 23
Issue: 5
Pages: 1673-1679
DOI
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[Journal Article] Development of a versatile micro-focused ARPES system with Kirkpatrick-Baez mirror optics2022
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M. Kitamura, S. Souma, A. Honma, D. Wakabayashi, H. Tanaka, A. Toyoshima, K. Amemiya, T. Kawakami, K. Sugawara, K. Nakayama, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira, T. Sato, K. Horiba
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 93
Issue: 3
Pages: 033906-033906
DOI
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[Journal Article] Surface proton conduction below 100 °C of Ce0.80Sm0.20O2-δ thin film with oxygen vacancies2022
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G. Notake, D. Nishioka, H. Murasawa, M. Takayanagi, Y. Fukushima, H. Ito, T. Takada, D. Shiga, M. Kitamura, H. Kumigashira, and T. Higuchi
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys.
Volume: 61
Issue: SD
Pages: SD1017-SD1017
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S. Fukuma, A. Chikamatsu, T. Katayama, T. Maruyama, K. Yanagisawa , K. Kimoto, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, Y. Hirose, and T. Hasegawa
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Journal Title
Phys. Rev. Mater.
Volume: 6
Issue: 3
Pages: 035002-035002
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Takushi Iimori, Anton Visikovskiy, Hitoshi Imamura, Toshio Miyamachi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Kazuhiko Mase, Kan Nakatsuji, Satoru Tanaka, Fumio Komori
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: 5
Issue: 5
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 11
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Pages: 21937-21937
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Organizer
4th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)
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