2013 Fiscal Year Annual Research Report
ナノスケール強相関電子相ドメインの相転移・動的・空間配列トータル制御
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25286058
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
神吉 輝夫 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (40448014)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 酸化物エレクトロニクス / ナノテクノロジー / 強相関電子 / モット転移 |
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| Research Abstract |
ナノスケール電子相ドメインの「相転移」、「動的移動」、「空間配置」のトータル制御方法を確立するために、本年度では、下記の実験を行った。
１）強相関酸化物ナノワイヤー素子の作製・・・パルスレーザデポジション(PLD)法による酸化物エピタキシャル薄膜作製技術とナノインプリント微細加工技術を用いて、当初の計画通り凡そ20～30nm幅のVO2ナノワイヤーを作製することに成功した。
２）サイドゲート型ナノワイヤー電界効果トランジスタ（FET）作製と物理モデル構築・・・PLD 法＋ナノインプリント法により、数百nm～数μmのチャネル幅を持ったサイドゲート型VO2ナノワイヤーFET を作製した。大気中で電界を印加しチャネル抵抗を測定したところ表面吸着水分子の電気分解が起こり一部の水素イオンがVO2チャネル内に添加されることが分かった。ナノギャップ空間を利用した電気化学反応による新たなイオンドーピング手法を見出すことができた。また、不活性ガス中の吸着水分子が無い状況において同様の電界印加による測定を行ったところ、僅かであるが電子ドープによるチャネル抵抗の変化が見られた。
３）ナノワイヤー電気物性評価と電子相ドメイン界面の物理モデル構築・・・VO2ナノワイヤー電子相ドメインの物性、及び電子相界面の状態を調べるために電気伝導特性評価、及び高輝度放射光による電子状態ナノ空間評価（BL07LSU:Nano-ESCA）を行った。その結果、ナノ細線においても十分にVO2の巨大電子相転移発現することが確認できた。また、金属電子相、絶縁体電子相のペルチェ係数の違いから、電子相界面では、電流印加方向によりペルチェ効果が働き、吸熱・発熱効果があることを見出した。
本年度行った研究により、当初見込んでいた特性を実験により見出した意義は大きい。今後は、当初の研究計画をより強力に推進していく。
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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
平成25年度の研究計画で挙げた3つの項目（①強相関酸化物ナノワイヤー素子の作製、②サイドゲート型ナノワイヤー電界効果トランジスタの作製と物理モデル構築、③ナノワイヤーの電気物性評価と電子相ドメイン界面の物理モデル構築）に関して、すべて計画通りに進んだ。また、平成26年度実施予定であった電子相界面のペルチェ効果検証実験については、前倒しで実験が遂行でき電子相ドメインが相転移できる十分なペルチェ効果が金属-絶縁体電子相界面で発現している可能性が示唆される結果を得た。また、ナノチャネルFETでは、大気君間での吸着水分の電気分解により水素意をンがVO2内にドープされることを見出し、これまでにない新たな知見を見出すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に行ってきた実験結果を系統的に理解し、制御性を向上させるため、また研究計画をさらに推し進めるための今後の推進方策として、
①強相関電子系酸化物ナノワイヤー素子のナノ物性測定： 前年度作製に成功した、凡そ50 nm程のVO2ナノワイヤーに対して、原子間力プローブ顕微鏡（AFM）を用いて、ナノワイヤーの電気測定、及び仕事関数測定により、個々のドメインの配置形状とワイヤーデバイス全体の電気伝導特性との関係を解析する。また電子相界面の機能化を促進するために界面ショットキー/オーミック接合状態を調べるとともに、ペルチェ係数の異なる電子相接合界面での熱電効率を系統的に調べる。
②ナノドメイン相転移・動的制御： 上記の解析により得た知見によりデバイスを最適化し、電流印加によるナノドメインの相転移制御性の向上に努めるとともに、動的制御に関しても試す。
③サイドゲート型ナノワイヤー電界効果トランジスタ（FET）作製と物理モデル構築： 前年度に引き続き、PLD 法＋ナノインプリント法により、数百nm～数μmのチャネル幅を持ったサイドゲート型VO2ナノワイヤーFET の作製と評価を行う。サイドゲート型FET では、側面のゲートから印加した電界がVO2チャネルエッジに集中するため、電子相転移のトリガーになりえると考えている。この実験の主眼は、電界効果でのポイントキャリアドープ・イオンドープによって引き起こされる“電子雪崩相転移”、及びイオン拡散長を計測し、相関電子系の電界効果物理モデルを構築することである。ナノ空間の相転移の拡がり測定をレーザーラマン顕微鏡を用いて行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
特に物品費において、当初の見込み額と執行額が異なった。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため。
研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
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Research Products
(15 results)
