Emergent functions of transition-metal oxides with low valence and metastable structures

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02026
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Ohtomo Akira 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (10344722)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

The superconductivity and metal-insulator transitions provide electronic circuits with various functionalities that cannot be realized in conventional semiconductor integrated circuits. In recent years, research on controlling the superconductivity and metal-insulator transitions in epitaxial thin films by means of external fields has attracted much attention from both fundamental and applied perspectives. In this study, we aim at observing and analyzing the electronic states of epitaxially grown transition-metal oxides in-situ in an electrochemical cell, and to establish this configulation as a fundamental technology for the creation of new electronic functions. We have established a method to realize a metastable crystal structure in thin films, which cannot be obtained in bulk, as well as an experimental method to observe the effect of direct composition modulation by an external field as a significant change in electrical conductivity.

Free Research Field

固体化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果の学術的な意義は，不安定な物質を薄膜化によって安定化することで電気化学的なキャリアドープを可能にしたことであり，その結果これまで分かっていなかった特異な電気伝導性を詳しく調べ，その起源を明らかにすることに成功したことである。本研究において電気化学的なキャリアドープに用いた素子構造は，リチウムイオン二次電池の基本構造と同じである。電気化学ドープへの耐性が高いことが判明した物質群を電池材料として利用することは，電池寿命の改善にもつながる。したがって，本研究の社会的意義は，物性測定のツールを開発したことだけでなく、エネルギー貯蔵技術の発展に貢献する実験システムを開発したことである。