Crystal defects and electronic functions in highly crystalline epitaxial thin films
Publicly Offered Research
| Project Area | New Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores |
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| Project/Area Number |
22H04505
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
相馬 拓人 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (50868271)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | エピタキシャル薄膜 / 遷移金属酸化物 / 電気化学 / 超伝導 / 欠陥化学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，機能コアとしてエピタキシャル薄膜における格子欠陥に着目する。単結晶基板上に目的の物質を成長させるエピタキシャル薄膜成長技術を用いると，物質を高品質な単結晶試料として合成できる。しかしながら，熱力学的平衡プロセスを利用するバルク単結晶成長と異なり，エピタキシャル薄膜ではしばしば”不完全性を含む高品質な結晶”が合成される。特定の材料系では，そのような状況が成り立った時に限り極めて有用な電子物性が発現する。本研究では”不完全性を理想的に制御できる”エピタキシャル薄膜を活用することで，この不完全性を意図的に導入，制御することによってそれが発現する電子機能をシステマティックに取り扱う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，機能コアとしてエピタキシャル薄膜における格子欠陥に着目し，その合成の非平衡性や高結晶性を活用することで格子欠陥の機能性を開拓する研究である。最終年度である本年度は，初年度に作製に成功した単結晶エピタキシャル薄膜の物性測定と制御に注力した。その結果，以下の2つのトピックについて成果が得られた。
(A) [非平衡薄膜合成プロセスを活用した逆位置欠陥導入と電子物性]
ダブルペロブスカイト型酸化物では，逆位置欠陥量に依存し磁気特性が系統的に変化することが明らかになった。これは同種・異種遷移金属元素間の間に働く交換相互作用の違いに依存したモデルでよく説明できることが明らかになった。つまり，逆位置欠陥という機能コアの制御により磁性という機能を最大化できることが明らかになった。
(B) [エピタキシャル薄膜の特徴を活用した均一欠陥導入と電子相図]
Li層状酸化物ではLiの欠損量に依存しキャリア濃度が変調され，結果として発現する電子物性が大きく変化することが明らかになった。その際にLiの欠陥構造自体は電子物性に影響を及ばさず，理想的な電子相図が描画できることが明らかになった。つまり，欠損という機能コアの均一な導入・制御により理想的なキャリアドーピングが実現できることが明らかになった。
これらの結果の一部は原著論文としてまとまっている。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(36 results)
