2023 Fiscal Year Research-status Report
Joint ionic control of strongly correlated oxides based on physics and chemistry methods
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22K14475
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
Li Haobo 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (20938188)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 酸化物 / イオン制御 / 抵抗変調 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度の研究において、ニッケル酸化物ReNiO3（Re = Nd, Sm, Eu）を焦点として研究を継続しています。2022年度の結果の上で、水素化ニッケル酸化物H-ReNiO3を用いて、抵抗変調と熱伝導変調デバイスの開発を実現した。主要な結果は下記の通りです。
１．【水素化ニッケル酸化物EuNiO3を用いた抵抗変調デバイス】H-EuNiO3がNb-STO基板で成膜、リソグラフィで原型デバイスを設計した。電圧を印加すると、水素の分布を制御することでデバイスの抵抗値を制御、ON/OFF比が100倍の抵抗変調に成功した。それに、操作速度が酸素タイプのデバイスより、3桁より早くいです。この結果、Applied Physics Lettersで発表された。
２．【水素化によるReNiO3の熱伝導率の変化】H-ReNiO3シリーズのSeebeck関数についての初期調査が完成、従来の酸化物より広い範囲での熱伝導のON/OFFが実現された。固体ゲートを導入すれば、性能が良い熱トランジスタの実現が期待される。現時点論文１報は受理された。本研究、項目１と共に、第84回応用物理学会秋季学術講演会で招待講演を発表した。
３．【新規なコバルト酸化物Sr4Co3O9の探索】本年度では、PLD法で(100)面を出したLaAlO3基板上にSr4Co3O9の高品質エピタキシャル薄膜を合成、X線回折で層状構造の超格子を検証した。軟X線吸収分光法（XAS）を用いて、薄膜の電子状態を測定した。これによって、Sr4Co3O9には、Coの価数が+3.3ということが検証された。次に電気抵抗の温度依存性およびSeebeck関数の測定を行いました。絶縁体と準2次元の挙動が発見されたので、Co 3+と4+の電荷秩序が存在する可能性がある。Co 3+と4+が共存する際、予測したマイナスのSeebeck関数も発見された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2023年度、物理と化学の方法で、新材料の合成とデバイス開発を同時に進めている。新材料において、Sr4Co3O9の合成に成功した上で、物性も明らかにした。デバイス開発について、新規な酸化物を用いて水素による抵抗変調と水素による熱伝導変調のデバイスに成功した。現時点まで、学会発表３回（招待講演２回）、論文発表１報、１報が受理、１報が投稿中である。それに、本課題をきっかけにして、共同研究のネットワークを広げた。2023年7月、研究者代表者は、産研で国際共同研究セミナーを主催した。NIMSやRIKENなど国内研究者と海外の先生は招待講演を発表、若手教員および学生も学術講演を発表した。2023年度において、研究を順調に推進しながら、研究のネットワークも広げた。これによって、計画以上に進展していると判断された。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度では、コバルト酸化物Sr4Co3O9についての研究を収束する予定です。データをまとめ、共同研究者と検討した上で、論文を投稿する。ReNiO3についての研究では、水素量を調整したHx-ReNiO3薄膜のSeebeck関数の測定を継続、Seebeck関数のピーク値（目標～100 μV/K）の探索を続けている。次、水素化前後のReNiO3の熱伝導率の元素依存性をまとめ、DFTでメカニズムを深く分析する予定です。その結果に基づいて、ON/OFF比は10倍以上を目指して、固体ゲートの熱トランジスタを試作を行う。それに、研究者代表者は主催した国際セミナーを継続する予定です。
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