2015 Fiscal Year Annual Research Report
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24226002
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川崎 雅司 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90211862)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / 量子伝導 / 強誘電体 / 超伝導材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酸化物分極界面に二次元電子を蓄積させ、強誘電体をチャネルとしたトランジスタ及び酸化亜鉛界面における量子伝導についての研究を行うことを目的としている。
(1)強誘電体チャネルトランジスタについては、前年までにBaTiO3単結晶・薄膜をチャネルとした電気二重層トランジスタの動作を実証してきた。そのため、BaTiO3の強誘電分極反転による伝導のスイッチングを目指して、SrRuO3を下部電極に用いたSrRuO3/BaTiO3ヘテロ構造の作製を進めている。また、電界による新しい超伝導の発現を見据えて、EuTiO3やWO3などの関連物質の電気二重層トランジスタを作製し、伝導特性の大幅な変調に成功している。
(2)酸化亜鉛二次元電子系の量子伝導では、100万cm2/Vsの移動度を達成し、ν=3/2という新しい偶数分母分数量子ホール状態を観測することに成功した。本系の量子散乱時間は、最高品質のGaAs系二次元電子ガスと同程度となっており、GaAs系に比肩する二次元電子ガスの舞台として注目を浴びつつある。ν=3/2の状態については、アンチドット構造における整合性振動の周期から、スピン偏極した複合粒子の形成を示唆する結果が得られた。エアギャップトランジスタや超伝導接合等の周辺技術の確立が進んでおり、新しい偶数分母分数量子ホール状態の基底状態の解明を進める。
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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
(1)強誘電体チャネルトランジスタに関しては、最終的に強誘電体の表面・界面における分極不連続による電荷蓄積・空乏を実証し、強誘電体分極の反転に基づく新たなタイプのトランジスタの作製を目的としている。これまでBaTiO3強誘電体をチャネルとする電気二重層トランジスタの動作に成功し、予定通りの成果を得ている。強誘電体の分極反転による伝導特性の制御は、強誘電体のリークなどにより難航しているが、分子線エピタキシー法を用いて高品質BaTiO3と下部電極SrRuO3が作製できるようになったので、引き続き計画通りに研究を進めていく。
(2)酸化亜鉛二次元電子系においては、薄膜及び界面の高品質化を行い、新たな量子相の観測を行うことを目的としている。移動度は当初80万cm2/Vsであったものが、現在では100万cm2/Vsを超え、今でも徐々に増加している。また、ν=3/2という偶数分母分数量子ホール状態を初めて観測し、世界的にも非常に注目される結果となっている。量子干渉の安定度を評価する目安である量子散乱時間が最高品質のGaAs系二次元電子ガスと同程度となっていることも判明し、予想を超える進展と言える。さらに、電子線リソグラフィによるアンチドット構造や真空を絶縁体とするエアギャップトランジスタを開発し、周辺技術の確立も進んできている。超伝導との接合の作製にも成功し、新しい偶数分母分数量子ホール状態の基底状態のさらなる解明が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)強誘電体チャネルトランジスタについては、電気二重層トランジスタの動作実証と分極反転のための積層構造の作製を達成したため、分極反転によるチャネルの伝導特性のスイッチングを進める。六方晶BaTiO3などの構造相転移の抑えられた強誘電体をチャネルに用いることで強誘電体表面を金属化し、電界効果と自発分極によるキャリア蓄積の関係を解明する。
(2)酸化亜鉛二次元電子系における量子伝導については、さらなる界面の高品質化とともに、ν=3/2の偶数分母分数量子ホール効果の詳細について調べることを行う。偶数分母分数量子ホール効果において最も重要な要素は、スピンの偏極率である。アンチドット構造における整合性振動の測定や抵抗検出型核磁気共鳴の手法を進め、実験的な検証をつめる。また、超伝導接合の作製技術を生かし、ジョセフソン接合を利用した二次元電子ガスの新機能開発や量子ホール状態の解明に関する研究を進める。
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Research Products
(56 results)
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[Journal Article] Large anisotropic deformation of skyrmions in strained crystal2015
Author(s)
K. Shibata, J. Iwasaki, N. Kanazawa, S. Aizawa, T. Tanigaki, M. Shirai, T. Nakajima, M. Kubota, M. Kawasaki, H. S. Park, D.Shindo, N. Nagaosa, Y. Tokura
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Journal Title
Nature Nanotechnology
Volume: 10
Pages: 589
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Direct Imaging of Dynamic Glassy Behavior in a Strained Manganite Film2015
Author(s)
W. Kundhikanjana, Z. Sheng, Y. Yang, K. Lai, E. Ma, Y. Cui, M. Kelly, M. Nakamura, M. Kawasaki, Y. Tokura, Q. Tang, K. Zhang, X. Li, Z. Shen
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 115
Pages: 265701
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Observation of microwave induced resistance oscillations in MgZnO/ZnO heterostructures2015
Author(s)
D. Karcher, A. Shchepetilnikov, Y. Nefyodov, J. Falson,I. Dmitriev, Y. Kozuka, D. Maryenko, A. Tsukazaki, S. Dorozhkin,I. Kukushkin, M. Kawasaki, J. Smet
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 93
Pages: 041410
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Spontaneous formation of suboxidic coordination around Co in ferromagnetic rutile Ti0.95Co0.05O2 film2015
Author(s)
W. Hu, K. Hayashi, T. Fukumura, K. Akagi, M. Tsukada, N. Happo, S.Hosokawa, K. Ohwada, M. Takahasi, M. Suzuki, M. Kawasaki
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 106
Pages: 222403
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Distinct substrate effect on the reversibility of the metal-insulator transitions in electrolyte-gated VO2 thin films2015
Author(s)
M. Nakano, D. Okuyama, K. Shibuya, M. Mizumaki, H. Ohsumi, M. Yoshida, M. Takata, M. Kawasaki, Y. Tokura, T. Arima, Y. Iwasa
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Journal Title
Advanced Electronic Materials
Volume: 1
Pages: 1500093
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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