2021 Fiscal Year Annual Research Report
Emergent functions of transition-metal oxides with low valence and metastable structures
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21H02026
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大友 明 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (10344722)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 薄膜電子材料 / エピタキシー / 電気化学 / 超伝導材料・素子 / トポケミカル反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，薄膜試料の合成と基礎物性の評価に注力し，溶液中の酸化還元反応によって前周期遷移金属酸化物の準安定相が得られる合成条件の範囲を明らかにすることを目的とした。パルスレーザ堆積法により，種々の基板上にLiNbO2やLiV2O4などの薄膜をエピタキシャル成長することにより，原料ターゲット中の過剰リチウム量や薄膜合成中のガス種・圧力が，得られた薄膜の組成，結晶構造，表面形状に対してどのように影響するか詳しく調べた。また，得られた薄膜を種々の溶液や電解質に浸漬し，リチウムをトポタクティックに脱離・挿入させる酸化還元反応の条件を検討した。LiNbO2に対して，高温の濃硝酸を用いると，薄膜中のリチウムをほぼ完全に取り除いたNbO2相が得られた。この結晶相は、p型透明導電性と超伝導を示すLi1－xNbO2の母相と考えられ，構造的に現在注目を集めている二次元物質MoS2と同じであることから，その基礎物性には興味が持たれる。LiV2O4薄膜については，電気化学セルを用いてリチウムを挿入し，極低温下における抵抗率の温度依存性を測定した。温度の二乗に比例して抵抗率が変化するフェルミ液体理論のモデルに従って電子相関の強さを解析した。その結果，リチウム組成の増加とともに電子相関の度合いが増加し，Li+xV2O4がこれまでに知られている遷移金属酸化物の中では最大の電子相関を示すことを明らかにした。このことはバルク体を用いた先行研究では明らかにされておらず，エピタキシャル成長した薄膜状の試料と電気化学セルを用いて初めて明らかにされた成果である。
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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
本年度は，薄膜試料の合成と基礎物性の評価に注力し，溶液中の酸化還元反応によって前周期遷移金属酸化物の準安定相が得られる合成条件の範囲を明らかにすることを計画した。前項で述べた通り，LiV2O4とLiNbO2については順調に進展した。このことから初年度としてはおおむね順調に進展していると自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き薄膜試料の合成と基礎物性の評価に注力し，エピタキシャル安定化により前周期遷移金属酸化物の準安定相が得られる合成範囲を見極める。新たな物質にも取り組む。
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